Table of Contents

הדפסה 3D בסוכרת

סוכרת משפיעה על יותר מ 530 מיליון מבוגרים ברחבי העולם, ומספר ממשיך לעלות.ניהול יעיל של מצב כרוני זה תלוי במשלוח אינסולין מדויק, ניטור גלוקוז מתמשך, ודבקות עקבית בחולה במשך עשרות שנים, מכשירים כגון משאבות אינסולין, חיישנים גלוקוז, ומערכת אינפוזיה כבר duced המוני במידות סטנדרטיות וצורות.

הדפסה תלת-ממדית (3D), הידוע גם כייצור תוספים, התפתחה כטכנולוגיה טרנספורמטיבית ברפואה אישית. על ידי בניית אובייקטים שכבתי על ידי שכבה ממודלים דיגיטליים, הדפסה תלת-ממדית מאפשרת ייצור של מכשירים עם ג'ממות מורכבות, קווי מתאר מותאמים אישית, ופונקציונליות משולבת כי הם בלתי אפשריים להשיג עם עובש קונבנציונלי או מאצ'ינג. בטיפול, יכולת זו מאפשרת למהנדסים ועיצוב של טיפול כי הם באמת מתאימים לרקמות גוף ספציפי; 82 תכונות טיפול גופניות.

מאמר זה מספק בדיקה מעמיקה של כיצד הדפסה תלת מימדית מוחלת על יצירת מכשירים טיפול בסוכרת מותאמות אישית, סקירה של המצב הנוכחי של מחקר קליני, שיקולים חומריים ורגולטוריים, תוצאות המטופל, ואת מסלול עתידי של השדה.

המצאת ייצור Additive ברפואה

ייצור אדרטטיבי החל ככלי חיקוי בשנות השמונים, אך ההתקדמות במדע החומרי, רזולוציית המדפסת ותוכנה הניעו אותו ליישומים קליניים.היום, הדפסה תלת-ממדית מייצרת מדריכי ניתוח, שתלים אורתופדיים, פרוזזציות שיניים ואפילו רקמות מוטבעות ביו-מפות.השוק ההדפסה 3D הרפואי צפוי לעלות על 6 מיליארד דולר עד 2030, עם מכשירים הקשורים לסוכרת המייצגים מגזר צמיחה משמעותי.

מספר טכנולוגיות הדפסה רלוונטיות לייצור של מכשיר סוכרת:

  • (FLT:0)Fed Deposition Modeling (FDM): ההרחבה 1 מלטס תרמופלסט (למשל, PLA, PETG) כדי לבנות חלקים ממריצים.
  • (FLT:0Stereolithography (SLA) ו עיבוד אור דיגיטלי (DLP): veFLT:1 Cure נוזלי photopolymer resins עם אור UV.
  • (FLT:0) חומרים אבקת לייזר סלקטיבי (SLS): 1 Fuses אבקה לתוך ניילון עמיד, ביו-אי לא תואם או חלקי פוליאורטן המתאימים למכשירים גמישים, מגע עור.
  • (FLT:0)Material Jetting ו- PolyJet:BuildFLT:1) פקד המיקרודרופים של photopolymer אשר נרפאים באופן מיידי.

היכולת לייצר עיצובים ספציפיים לחולה ישירות מהדמיה רפואית (MRI, CT) או 3D סריקות של הגוף הוא משתנה משחק.לדוגמה, סריקה של מטופל & #8217; הבטן ניתן להשתמש כדי לעצב משאבת אינסולין שמתאימה לקוטרים ייחודיים, ביטול נקודות לחץ וצמצום הסיכון להתמוטטות העור.

יתרונות של 3D-Printed Personalized Diabetes

השינוי לעבר מכשירים מותאמים אישית מביא שורה של יתרונות מוחשיים הנתמכות יותר ויותר על ידי ראיות קליניות.היתרונות המשמעותיים ביותר כוללים:

מתאים ונוחות

משאבות אינסולין מסורתיות נלבשות על חגורה או מונחות בכיס, עם צינור המחבר את המשאבה לאתר אינפוזיה. עיצוב זה יכול להיות רב, לגרום לגירוי בעור, להגביל אפשרויות בגדים. 3D הדפסה מאפשר יצירת משאבות אשר מעוצבים לחולה & #8217; המותניים, עם נקודות נוחות רכות, כי לשבת נגד העור.

פשטות מהירה וההרסה

מכיוון שדפסת תלת מימד אינה דורשת תבניות יקרות או כלי, ניתן לבצע שיפורים בעיצוב בימים ולא חודשים. מרפאים יכולים לעבוד עם מטופלים כדי לחדד מכשיר, להדפיס גרסה חדשה, ולבדוק אותו בתוך ביקור מרפאה יחיד.תהליך זריז זה מאיץ את התרגום של רעיונות חדשים לפרקטיקה ומאפשר התאמה אישית כמו מטופל & #8217; מצבים מתפתחים (למשל, משקל, הריון, אתרי הזריקה, או הזריקה).

עלויות-אווירה בכפות-פה קטנות

ייצור המונים יעיל רק עבור כמויות גדולות. עבור תנאים נדירים או אוכלוסיות קטנות של מטופלים, ייצור קונבנציונלי הופך יקר באופן בלתי חוקי. 3D הדפסה עולה בייצור נמוך כרכים, מה שהופך מכשירים מותאמים אישית קיימא גם עבור חולים בודדים.ניתוח אחד העריכו כי משאבת אינסולין מודפסת 3D מותאם אישית עולה רק 15-30% יותר מאשר דיור מופחת הזרקת סטנדרטי, תוך מתן נוחות טובה יותר ודבקות.

שילוב של תכונות מורכבות

ייצור אדקטי מאפשר למעצבים להטמיע ערוצים, חיישנים ורשתות מיקרו-השפעה ישירות למכשיר.לדוגמה, רכיב יחיד בעל 3D יכול לשלב מאגר סמים, מערך מיקרו-חומר, ואלקטרודה-רגישת גלוקוז.אינטגרציה כזו מפחיתה את מספר החלקים נפרדים, פשטות, ויכולה לשפר את האמינות החוקרים באוניברסיטת קליפורניה, סן דייגו, הפגינו אלקטרוד גלוקוז-דזה בעל יכולת הדפסה תלת-ממדית של אינסולין, באמצעות רכיבי ריצוף סטנדרטיים, אשר מספקים לרכיבים סטנדרטיים, אשר מכילים תאים חשמליים וניתן להדפיסם, וניתן להדפיסם, וניתן להדפיסם של אינסולין קבועים.

סוגים של 3D-Printed מכשירים אישיים במחקרים קליניים

מחקר קליני חקר כמה קטגוריות של מכשירי סוכרת 3D מודפסים.הסעיפים הבאים מסכמים את היישומים הבולטים ביותר.

כאבי מרפא ופטריש

משאבות אינסולין מסורתיות הן לעתים קרובות קופסאות מלבניות על הדפסה 3D מאפשרת יצירת משאבות כתמים כי הם רזה, מטורפים, חסיני מים.מחקר אחד של הוכחה של תפיסה מודפס בסיס משאבה גמיש, כיתה רפואית באמצעות טכנולוגיית SIR.הבסיס שהוצגה עבור cannula ו- אמבטיות, ואת הדיור תוכנן להתאים את החולה & #17; ו ירכיים נמוכות יותר, במהלך תקופת בדיקת שתן, 000, 000 שעות לאחר טיפול, 000, 000, 000 נבדקים, 000 זמן טיפול, 000 נבדקים, 000 נבדקים, 000 נבדקים, 000 נבדקים, 000 נבדקים, 000 נבדקים עם טיפול, 000 זמן טיפול, 000 נבדקים, 000 נבדקים עם טיפול, 000 נבדקים עם טיפול, 000 נבדקים עם טיפול, 000 זמן טיפול, 000, 000 נבדקים, 000 נבדקו על ידי טיפול, 000 זמן טיפול, 000 נבדקים עם טיפול, 000 נבדקו על ידי 4 שעות שינה, 000 נבדקו על ידי טיפול, 000 זמן טיפול, 000 נבדקו על ידי דליפות, 000 נבדקו על ידי טיפול, 000 נבדקו על ידי טיפול, 000 נבדקו על ידי טיפול, 000 זמן טיפול, 000 זמן קצר לאחר טיפול, 000 זמן קצר לאחר טיפול, 000 זמן טיפול, 000 זמן פנויה

המונחים: Patient-Specific Infusion

מערכות Infusion הן ממשק בין המשאבה לבין הגוף. Standards באים באורך cannula קבוע וזווית, אשר יכול לגרום נזק subcutaneous או ספיגת אינסולין לא עקבית. A-2022 מחקר קליני ב FLT:0 (Diabetes טכנולוגיה & TherapeuticsFLT:1 השתמש 3D מודפסת בצורות עם סטיות משתנות (30 מעלות ל -90 מעלות) ואורך (617 מ"מ"מ"מ"מ) פחות נבדקים"מ על ידי פחות אולטרסאונד) ו-ידי פחות נבדקים על ידי פחות אולטרסאונד.

עקבו אחרי CGM (CGM) Enclosures and Adhesives

חיישני CGM קשורים בדרך כלל עם כתמים דבקים שיכולים לגרום לתגובות אלרגיות או לא לדבוק בעור הזיעה. 3D הדפסה מאפשר יצירת מסגרות מותאמות אישית המחזיקות את החיישן בחוזקה נגד העור ושילוב חומרים hypoallergenic. קבוצה באוניברסיטת וושינגטון מודפסת מסגרת גמישה, מתוכנתת כי מפיצה מתח ומאפשרת אוויר.

מיקרונינדל אריות עבור משלוחים ללא כאבים

מיקרוננדול (MNs) הם אזור מפתח של מחקר הדפסה תלת מימדי. אלה תחזיות זעירות (100-1000 μm ארוך) חודר ללא כאבים הקרנית סטרטום ולספק אינסולין לתוך מכסה דרמטי.ד הדפסה 3D מאפשר שליטה מדויקת על הגיאומטריה MN, טעינה סמים דווח, ושחרור קינטיקה כאב. A 2024 מאוניברסיטת פואנג השתמש בשני פליטה פולימיזציה 3D כדי לטבולית פחמן דו-נטרופית עם רמות סוכר בדם לאפסת שומן, כאשר הואמין DNINE DNINE DNINE DEXD נבדק עם מצופה, עם סוכרתית DVD, עם ירידה עם ירידה עם סוכרתית DVD, עם ירידה של סוכר בדם לאפסה עם סוכרתית DINE D.

מערכות Pancreas מלאכותיות

מערכות הלבלב המלאכותיות סגורות דורשות שילוב חלק של CGM, משאבת אינסולין ואלגוריתם בקרה. 3D הדפסה יכול לייצר דיור מאוחדים המחזיקים את כל הרכיבים, להפחית נפח מת, וקיצור אורך האמבטיה. מערכת הוכחה של תפיסה מודפסת מפולי פחמן-אורטן בשילוב חיישן גלוקוז, מאגר אינסולין, משאבה מיקרו-השפעה ליחידה אחת שאינה ניתנת ללחמת, כלומר, ניסוי קטן (TD-Fon-Fern-Ferated) ללא חיישן גלוקוז, ללא חיישן גלוקוז, ללא חיישן גלוקוז, קומפקטי, קומפקטי, ללא חיישן גלוקוז, מאגר אינסולין, מאגר אינסולין, משאבהמיקרו-D 3D, משאבהמיקרו-D, משאבהמיקרו-D, ו-מסוגדאין-מסוג של 80-מסוגלקטמינלי, ללא חיישן של תאים זעיר, ללא חיישן של תאים, ו-מסוגדאין-מסוגדאין-מסוגלקטמינליים, ו-מחדש, ללא חיישן עם יחידת אינטראקציה בודד, ללא חיישן עם יחידת אינטראקציה בודד, ללא חיישן עם יחידת אינטראקציה בודדת תאים זעירה.

מחקרים קליניים וראיות

בעוד השדה עדיין בשלבים מוקדמים, גוף גדל והולך של מחקרים קליניים תומך בכדאיות וביתרונות של מכשירים מותאמים אישית של 3D עבור סוכרת.כאן אנו מדגישים ממצאים מרכזיים מניסויים נציג.

שיפור Adherence

Adherence to אינסולין משאבה טיפול הוא אתגר גדול.A 2021 multicenter, צויין ניסיון צולב 24 חולים להשתמש במשאבת אינסולין סטנדרטית או משאבה 3D מודפס, ספציפי לחולה במשך שמונה שבועות בכל שלב מותאם אישית, חולים לבשו את המכשיר 12% יותר ביום (22.3 h לעומת 19.9 h) ודיווחו פחות "Fremp" בשל אי נוחות של ציוני שאלה על סוכרת טיפול מוגבר על ידי 15.01 נקודות שביעות רצון מוגבר (p).

Better Glycemic control

במשפט מבוקר אקראי של 40 חולים עם סוכרת מסוג 1, מחצית קיבלו ערכות היתוך מותאם אישית 3D עם מיקום cannula מותאם אישית המבוסס על חלוקת שומן תת-עורנית, בעוד החצי השני השתמש ערכות סטנדרטיות.לאחר 12 שבועות, הקבוצה המותאמים אישית הייתה גבוהה משמעותית (71% לעומת 6.3%), נמוך יותר אומר גלוקוז (148 לעומת 162 מ"ג / L), ופחות תופעות היפותליקמיות חמורות (1.

תוצאות חיפוש: Patient-Reported Outcomes

סקרים וראיונות חושפים באופן עקבי כי מטופלים תופסים מכשירים 3D מודפסים יותר נוח, פחות פולשני, וקל יותר לשלב בחיי היומיום.מחקר איכותני אחד ציין נושאים של "חירות מדאגה" ו"קבלה של הגוף" מבחן שימושי של מתחם CGM מותאם אישית נתן ציון ממוצע של מערכת שימוש (SUS) של 86, מעל סף יכולת "מתאים" לנוחיות.

שיקולים ושיקולים חומריים

התרגום של מכשירים מודפסים תלת-ממדיים ממחקר לקליניקה דורש תשומת לב קפדנית לסטנדרטים רגולטוריים ולהתאמה ביולוגית חומרית.

המונחים: path

מינהל המזון והתרופות האמריקאי (FDA) פרסם הנחיות על ייצור תוספים של מכשירים רפואיים, סיווג את רוב מכשירי הסוכרת המתוקנים 3D (המכשירים הרפואיים של Class II הדורשים הודעה מוקדמת של 510(k) באירופה, הם חייבים לעמוד בתקנות התקני המכשור הרפואי (MDR) .ה-FDA כבר הגדיר מספר מכשירים רפואיים מודפסים (למשל, אוטופים), תקפים עבור יישומים רפואיים (D) של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה (D) של המכון לא חייבים להוכיח את הביצועים של 3D.

חומרים ביולוגיים

חומרים חייבים להיות לא רעילים, לא אלרגיים, ומסוגלים לעמוד בפני סטריליזציה (למשל, תחמוצת אתלין, קרינת gamma).

  • (ב) סיליקון:0Medical-classסיליקון:FLT:1 , גמיש, hypoallergenic, וידידותי עור.
  • (ב) ⁇ :0 (ה-urethane (PCUOVA): FLT) 1 חזק, גמיש, ו bioתואמים לשימוש עבור משאבה דיור ורכיבים מבניים.
  • (FLT:0)PLA (חומצה פולילקטית): ibph:1 , אבל מוגבל לאבטיפוס עקב ביו-גמישות שולית ליצירת קשר עור ארוך טווח.
  • (ב) ⁇ :0 (PEEK) (polye Theretherketone): אנדרל בעל ביצועים גבוהים 1, אינרטי וסטריליזז, אך דורש מערכות הדפסה עתיריות.
  • (FLT:0) resinsinsinsinsinsinsinsinsinsinsinsinsinsinsinsinsinsins (SLA / DLP): 1 צריך בדיקות קפדניות עבור ציטוטוקיות ו- leachables.חלק מהם מוסמכים ליצירת קשר עור (למשל, Formlabs BioMed Clear).

עיבוד פוסט, כגון כביסה, ריפוי וציפוי, יכול עוד לשפר את ביו-תחרותיות.מחקר מתמשך נועד לפתח הידרוג'לים וביו-בקים שניתן להדפיס המחקים רקמות תת-עורנית כדי להפחית תגובות גוף זר.

אתגרים ומכשולים

למרות ההבטחה, כמה מהמכשולים נותרו לפני שהמכשירים המותאמים אישית של 3D הופכים לסטנדרט של טיפול.

סקלאלה וייצור קונסיסטנסיות

תהליכי הדפסה תלת מימדיים הנוכחיים איטיים יותר מאשר הזרקת עובש.דפסת דיור משאבה מותאם אישית יחיד עשוי לקחת 6-12 שעות. בעוד זה מקובל על גודל אצווה של אחד, קנה מידה של אלפי חולים ביום ידרוש חוות מדפסת מקבילה או גישות היברידיות (3D הדפסה רק את התכונות המסורתיות על בסיס עובש). קונצנזוס על פני המדפסת וחומרים חייב גם להיות נשמר; הדבקה ונפיחות יכול להשפיע על המכשיר ואת השלמות האספקה.

סיקור burden for Individualized Devices

מכיוון שכל מטופל מקבל מכשיר ייחודי, מסלולים רגולטוריים מסורתיים מניחים כי יחידות זהות קשה ליישם.ה- FDA הציע פרדיגמה מכשיר "מתאמת מטופלת" , שבו העיצוב מאומת בטווח של ג'ממטות צפויות, אבל המסגרת הרגולטורית עדיין מתפתחת.היצרנים חייבים להקים מערכות ניהול איכות חזקות לשינויים בעיצוב, אבטחת מידע, ועקבות של כל מכשיר.

זמינות ובטיחות לטווח ארוך

השתלה לטווח ארוך או מגע עור כרוני דורש בדיקות ביו-תחרותיות מורחבות.יש החזרים מודפסים 3D לשחרר כמויות קטנות של מונומר לא רצוי לאורך זמן. Carcinogenicity ומחקרים רגישה נדרשים, במיוחד עבור מכשירים שחוקים במשך שנים.אגודת הסוכרת האמריקאית (ADA) ממליץ על מינימום של שנתיים של נתונים בטיחות לפני השימוש הקליני.

אחריות ויציבות כלכלית

רשויות הבריאות ומערכות הבריאות הלאומיות באופן מסורתי לפצות על מכשירים המבוססים על קודים סטנדרטיים.מכשירים אישיים עשויים לא להתאים לקטגוריות חיוב קיימות.עלות סריקה תלת-ממדית, עיצוב, הדפסה חייבת להיות מוצדקת על ידי תוצאות משופרות.מודלים כלכליים מוקדמים מצביעים על כך משאבה אישית יכולה להפחית את עלויות הקשורות לסוכרת ב-12-18% באמצעות פחות סיבוכים ושיפור HbA1c, אך הנתונים האמיתיים עדיין נאספים.

כיוונים עתידיים

מסלול הדפסה 3D בטיפול בסוכרת הוא מאיץ.אזורי מפתח לפיתוח עתידי כוללים:

עיצוב משולב

בינה מלאכותית יכולה להפוך את העיצוב של מכשירים ספציפיים לחולה.שימוש בסריקת גוף 3D ואת המטופל & #8217; נתונים אנטומיים, אלגוריתם AI יכול ליצור צורה אופטימלית של משאבה, זווית קנטרולה, ומיקום חיישן.

המונחים: point-of-Care Manufacturing

בתי חולים ומרפאות עשויים יום אחד להפעיל את המדפסת התלת מימדית שלהם, לייצר מכשירים על הביקוש.מודל זה יסלק עיכובים משלוח, לאפשר התאמות מיידיות, ויערב מטופלים ישירות בתהליך העיצוב.התוכנית של אוניברסיטת מישיגן כבר ירתה שירות הדפסה בתוך בית 3D עבור מדריכים כירורגיים מותאמים אישית; גישה דומה למכשירי סוכרת נמצאת תחת דיון.

מכשירים מותאמים אישית

החוקרים בודקים שתלים מוטבעים לחלוטין 3D אשר מספקים אינסולין במשך שבועות או חודשים ולאחר מכן מתמוססים באופן בלתי מזיק.מכשירים כאלה יכולים להפחית את נטל הזרקות היומיות לחולים עם סוכרת מסוג 2.מודלים בעלי חיים מוקדמים הראו שחרור אינסולין מתמשך למשך 30 ימים באמצעות פעמוני PLGA מודפסים.

הדפסה רב-תחומית ואלקטרוניקה

היכולת להדפיס עקבות התנהגותיות, לוחות מעגלים גמישים, וחיישנים ישירות על פני השטח של המכשיר יאפשרו משולב לחלוטין, "חכם" התקנים סוכרת הדפסה.מדת חיישני גלוקוז המדורגים נוזל בין-תחומי, בשילוב עם microvalves מודפסים ומשאבות, יכול ליצור pancreas מלאכותיים באמת ללבוש ללא רכיבים חיצוניים.

מסקנה

הדפסה תלת-ממדית מייצגת שינוי מהותי כיצד מכשירים לטיפול בסוכרת מתוכננים, מיוצרים, ונשלחים.על ידי העברת מכשירים מותאמים גנריים לפתרונות מותאמים אישית, מרפאים יכולים לשפר נוחות, דבקות ותוצאות גלימות. מחקרים קליניים כבר מפגינים הטבות ניתנות למדידה בזמן בטווח הארוך, באמינות סט ההיתוך, ושביעות רצון סבלנית יותר.

לקבלת מידע נוסף על היבטים רגולטוריים, בקר ב-FLT:0 FDA & #8217; הדפסה תלת-ממדית של מכשירים רפואיים דף FLT:1 עבור סקירה של ניסויים קליניים נוכחיים, ראה את ה-FLT:2NIH ניסויים קליניים מסד נתונים של ההרחבה 3D 3D של ה-FLT:4 , האגודה לסוכרת האמריקאי:5 גם מפרסם עדכונים תקופתיים על טכנולוגיות מתפתחות.