Dünya Bilim Adamlarından Karaciğer Naklinde 3-D Yazıcı Devrimi

Tıbbi cihaz modellemesi konusunda Dünya’nın en önde gelen sağlık kuruluşlarından biri olan Cleveland Clinic; arge çalışmalarında ‘’hızlı prototip üretme teknolojisi’’ ni kullandı. Karaciğer naklinde devrimsel bir gelişme olan 3-D yazıcılar hakkında verilen bilgiye göre; ‘’Bunu, evlerimizde bulunan mürekkep püskürtmeli yazıcılara bir boyut daha – yani yükseklik – eklenmiş gibi düşünebilirsiniz. Tıpkı bir mürekkep püskürtmeli yazıcının kağıt üstüne mürekkep basmasına benzer şekilde,  biraz reçine basmakta ve biraz da kablo ekliyoruz. Uçtan püskürtüldüğü sırada bu reçine sıvı halde ama UV lambası onun doğru konumda sabitlenmesini sağlıyor. Böylelikle bir katmanı oluşturuyoruz sonrasında platformu bir kat aşağıda sabitliyor ve bunun üzerine bir katman daha ekliyoruz. Esasında hız, bu makinelerin avantajlarından birisi, yazıcı, bu parçayı yaklaşık 3 saatte inşa ediyor .’’

3 Boyutlu Yazıcılar ile Tıpta Devrim

Yeni 3 boyutlu yazıcılar sayesinde hasta bakımında yeni bir çağ başlıyor.  
Bugün, hastaya göre kişiselleştirilmiş tıbbi cihazlara erişmek, üç boyutlu (3-D) baskı yöntemleri sayesinde artık daha kolay.

Çift taraflı bir akciğer nakli sonrasında, Cleveland Clinic Solunum Enstitüsü bünyesindeki bir hastada, alışılagelmişin dışında bir bronşit  oluştu. Yineleyen zatürreeyle mücadele etti ve salgılarını temizlemekte güçlü çekti.

Bir hava yolu stenti gerekli hale geldi, buna karşılık standart cihazlar yeterli olmayacaktı. Uygun uzunluk ve çapta – ve hastanın anatomisine denk düşecek konik bir uçla tasarlanmış – bir stent ise bulunmuyordu.

Peki, en iyi çözüm neydi? Böyle bir stent üretmek.

Tıpkı bir mürekkep püskürtmeli yazıcının, mürekkep ve kağıtla dijital bir imaj ürettiği gibi, 3 boyutlu bir yazıcı, reçine, termoplastikler, fotopolimerler veya başka malzemelerle – sıklıkla yüksek çözünürle sahip CT veya MRI taramalarından türetilmiş – bir dijital model üretebiliyor. Üç boyutlu baskı, çoğu zaman saatler içinde, malzemeyi katman katman kümeleyerek somut nesneler üretebiliyor.

Yukarıda bahsettiğimiz üst solunum yolları hastasıyla ilgili vakada, Cleveland Clinic cerrahları 3 boyutlu teknolojiyi, bir stent üretmek için değil, bir kalıbı kişiselleştirmek için kullandılar. Kalıba, bir mandrel etrafında silikon enjekte edilerek, hastaya uygun boyut ve şekle sahip bir stent meydana getirdiler.

3 boyutlu yazıcının klinik kullanımları

3 boyutlu yazıcının Cleveland Clinic ve diğer tıbbi merkezlerde kullanımı henüz emekleme aşamasında olmakla beraber, teknoloji şimdiden tıpta bir devrim yaratıyor. Örneğin, Cleveland Clinic doktorları, 3 boyutlu baskı tekniğini aşağıdaki amaçlara yönelik olarak kullandılar:

• Karaciğer rezeksiyonu planlaması. Cleveland Clinic bünyesinde Hepatoloji Bölüm Başkanlığı görevini yürüten Dr. Nizar Zein, bugüne kadar, cerrahi planlama ve eğitimi geliştirmek amacıyla yirmiden fazla karaciğer modeli üretti. Modeller, yeniden oluşturulmuş CT taramasından üretilen dahili lümen geometrisi kullanılarak, esnek reçineden elde edildi.
   
• Çığır açıcı kalp ve damar cihazlarının test edilmesi. Cleveland Clinic bünyesindeki 3 boyutlu yazıcılar, kalp ve damar cihazlarının meydana getirilmesine yardımcı oldu. Aynı zamanda, tıpkı diğer uzmanlıklar için söz konusu olduğu gibi, 3 boyutlu baskı, Cleveland Clinic kalp ve damar cerrahlarına, benzer biçimde prosedürlerini planlama ve kalp ve damar sistemi hakkındaki bilgilerini arttırma konularında yardımcı oluyor.
   
• Ex vivo solunum prosedürleri uygulanması. Cleveland Clinic bünyesinde Bronkoloji Bölüm Başkanlığı görevini yürüten Dr. Thomas Gildea, “Bizi karmaşık anatomik zorluklarla karşı karşıya bırakan pek çok solunum hastamız oldu” şeklinde konuşuyor. “Her bir hastanın hava yolu anomalisinin 3 boyutlu bir modelini basmak, problemi ele almak üzere farklı teknikleri ex vivo biçimde denememiz yönünde bize bir fırsat sağlayabilir.”
   
• Böbrek asistan hekimlerini ve hastalarını eğitmek. “Cleveland Clinic Glickman Üroloji & Böbrek Enstitüsü Robotik ve Görüntü Rehberliğinde Cerrahi Merkezi Başkanı Dr. Jihad H. Kaouk ve Cleveland Clinic Üroloji Departmanı bünyesinde görev yapan Dr. Peter Caputo, şu satırları kaleme aldı: “Görüntüleme temelli 3 boyutlu böbrek modellerini bir eğitim ve görselleştirme yardım aracı olarak kullanıldığında, tıp öğrencileri ve asistan hekimlerin, belirli bir hastanın böbrek tümörünü daha iyi niteleyebildiklerini tespit ettik”. “Görselleştirme, aynı zamanda hastalar için de faydalı oldu. Yeni tespit edilmiş böbrek kitlelerine sahip hastalar, böbrek ve tümörlerinin 3 boyutlu bir versiyonunu ellerinde tutup inceleyebiliyorlar; bu bizim onları içinde bulundukları durum konusunda eğitmemize, ve tedavileriyle daha fazla ilgilenmelerine sağlamamıza yardımcı oluyor.

Peki, sırada ne var?

Yukarıda belirtilenler gibi çığır açıcı yöntemler, Cleveland Clinic kurumunun hasta bakımı seviyesini arttırmasına yardım ettiği gibi, aynı zamanda tıbbi eğitim ve araştırma konusunda ilerlemesini sağlıyor. 3 boyutlu baskının geleceği gözler önüne serilirken, bu tekniğin potansiyelinden tam olarak yararlanmayı amaçlıyoruz. Bu potansiyeli oluşturan konu başlıklarından bazılarıysa şöyle sıralanabilir.

• Tıp öğrencilerine yönelik anatomi eğitimini kişiselleştirerek, potansiyel olarak kadavra ihtiyacını ortadan kaldırmak,
• Robotik sistemleri “eğitmek” için 3 boyutlu modelleri kullanarak otomatik cerrahi tekniğini geliştirmek,
• Canlı dokuyla biyo-baskı gerçekleştirme suretiyle replasman organlar ve vücut parçaları üretmek

Bu yeni teknolojiyi akıllı, yenilikçi yollarla kullanmak, yüksek kaliteli, hastaya özgü bakım gerçekleştirmeyi sürdürmemiz yönünde bize yardımcı olacak, ve bu, daha iyi sonuçlar elde edilmesini sağlayacaktır.

Kullanılan 3-D yazıcı, bütün parçaları yekpare bir şekilde inşa edebiliyor ve birleştirebiliyor ve organı birebir kopyalanabiliyor.

Bu İngiliz anahtarı, nasıl yapılacağının gerçekten güzel bir örneği. Bunun gibi hareket eden parçalar ve insan anatomisiyle ilgili her şey dahil olmak üzere çok karmaşık parçalar da üretebiliyoruz. Bazen bir hastanın spesifik modelini veya eğitim amaçları doğrultusunda bir şey görmek isteyebiliyorsunuz, yani aklınıza gelebilecek her şey.’’

Karaciğer Transplantasyonu Medikal Direktörü ve Cleveland Clinic’in 3-D modellemeleri için baş araştırmacı olan Dr. Nizar Zein’in açıklamasına göre; “Bu yeni geliştirilen 3-D teknolojisi ile doktorlar , karaciğer nakli ve ilgili operasyonlarda; ameliyat esnasında karşılaşacağı karaciğerin 3-D bir modelini; hastayı ameliyat etmeden görebilecek ve 3-D ‘çıktı’ya bakarak  eski çok  daha iyi planlayabilecek.”

Bugüne dek, 22 karaciğer modeli print edildi ve hem transplant planlaması ve yönlendirmesinde, hem klinik eğitimde kullanıldı. Dr Zein’in grubu tarafından Liver Transplantation’da yayımlanan bir makaleye göre, bu 3-D print edilmiş modeller, cerrahi planlamaya yardımcı olma ve cerrahi komplikasyonları azaltma adına son derece isabetli, pratik araçlardır. Grup, bu metodun verimliliğini artırmak ve üretim masraflarını azaltmak adına çalışmalarına devam etmektedir.