مارك برادي, قائد البرنامج – العمود الفقري في Invibio، اشرح سبب اكتساب PEEK شعبية وما سيأتي بعد ذلك لهذه التقنية مع تحسن قدرات الطباعة ثلاثية الأبعاد.
يعيش الناس اليوم ويحافظون على نشاطهم لفترة أطول ويتوقعون نوعية حياة أفضل من أي وقت مضى. وقد أصبح هذا ممكنا، جزئيا، بفضل التقدم في علوم المواد ــ بما في ذلك الاختراقات في أجهزة زرع الأعضاء المصممة لدعم جسم الإنسان.
كان التحدي الذي يواجه مصنعي الأجهزة هو تطوير غرسات تحاكي الخصائص الكامنة في الهيكل العظمي البشري. يعد هذا أمرًا بالغ الأهمية بشكل خاص لتطبيقات زراعة العمود الفقري، حيث يحمل العمود الفقري حملاً ثابتًا مع السماح بالمرونة في الانحناء والالتواء. يجب أن تكون غرسات العمود الفقري متينة، وتتكامل بشكل جيد، وتتقاسم الحمل مع العظام المحيطة بها، ويتحملها الجسم البشري بشكل جيد.
لقد أدى تطوران تطورا على مدار الثلاثين عامًا الماضية إلى تحسين جودة واختيار الغرسات الجراحية بشكل كبير: إدخال بوليمرات PEEK (بولي إيثيركيتون) وتطوير تكنولوجيا التصنيع الإضافي (الطباعة ثلاثية الأبعاد).
مزايا نظرة خاطفة
تاريخياً، تم تصنيع أقفاص العمود الفقري من التيتانيوم الصلب، وذلك بسبب قوته وتوافقه الحيوي. ومع ذلك، في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، أدركت شركة Invibio Biomaterial Solutions إمكانات PEEK في قطاع الأجهزة الطبية حيث تم اليوم استخدام بوليمرات PEEK-OPTIMA الخاصة بها في أكثر من 15 مليون جهاز مزروع. تشمل العناصر الأساسية لشعبية PEEK، في تطبيقات دمج العمود الفقري ما يلي:
- القوة والصلابة: نسبة عالية من القوة إلى الوزن، مع معامل مشابه للعظم يقلل من الحماية من الضغط ويؤدي إلى تحسين التحميل الفسيولوجي.
- التوافق الحيوي: مطلوب لتلبية المتطلبات المطبقة لـ ISO 10993 وUSP للزرع على المدى الطويل. بديل خالي من المعادن، يتجنب مشاكل فرط الحساسية المرتبطة ببعض المعادن.
- الشفافية الإشعاعية: تتيح التصوير الواضح باستخدام الأشعة السينية البسيطة للسماح بمراقبة دقيقة لتقدم الاندماج مع التخلص من الحاجة إلى عمليات مسح مقطعي أكثر تعقيدًا وتكلفة. عندما تكون هناك حاجة إلى إجراء فحوصات بالأشعة المقطعية والتصوير بالرنين المغناطيسي، تتمتع تقنية PEEK أيضًا بمزايا حيث أن الغرسات المعدنية يمكن أن تؤدي إلى قطع أثرية يمكن أن تقلل من جودة الصورة وتجعل من الصعب الحصول على معلومات تشخيصية واضحة.
- مقاومة التعقيم: يمكن أن تخضع PEEK للتعقيم المتكرر بالبخار أو أكسيد الإيثيلين أو تشعيع جاما دون تدهور في الخواص الميكانيكية أو التوافق الحيوي.
الطباعة ثلاثية الأبعاد نظرة خاطفة
لقد تم استكمال المزايا الفريدة لـ PEEK من خلال الابتكارات الحديثة في تقنيات التصنيع المضافة، مما يوفر لمصنعي الأجهزة حرية تصميم أكبر. يتيح الوصول إلى طرق المعالجة الجديدة وأشكال PEEK الجديدة، بما في ذلك الخيوط، إنشاء بنيات مسامية معقدة لديها القدرة على تحسين نمو العظام، أو ميزات أخرى تضيف وظائف أكبر للأجهزة مع إمكانية تحسين نتائج المرضى. إنه أيضًا فوز للاستدامة نظرًا لأن التصنيع الإضافي يستخدم عادةً مواد أقل من طرق التصنيع الطرحية التقليدية. وهذا يعني صنع منتجات عالية الجودة بمكونات أقل، ووزن أقل، ونفايات أقل.
تقدم Invibio خيوط PEEK القابلة للزرع للعملاء الذين لديهم إمكانية الوصول إلى تكنولوجيا التصنيع المضافة الخاصة بهم، والذين يرغبون في تطوير الأجهزة. استثمرت شركة Victrex، الشركة الأم لشركة Invibio، أيضًا في BOND3D التي لديها عملية تصنيع مضافة جديدة، وتتعاون معًا في التطوير مع الشركات المصنعة للأجهزة لطرح تصميماتها في السوق.
على النقيض من عمليات تصنيع المواد المضافة PEEK القائمة على البثق، تستخدم تقنية BOND3D الفريدة مزيجًا من الطباعة التي يتم التحكم فيها بالتدفق والضغط لتقديم أجزاء تكون خالية تقريبًا من الفراغ وتوفر القوة المتناحية العالية المطلوبة لتطبيقات الدمج بين الأجسام.
توسيع الآفاق: زرع نظرة خاطفة مطبوعة ثلاثية الأبعاد خارج العمود الفقري
يمتد تعدد استخدامات غرسات PEEK المطبوعة ثلاثية الأبعاد إلى ما هو أبعد من تطبيقات دمج العمود الفقري مثل استبدال المفاصل بالكامل، وزراعة الوجه القحفي والفكين، وألواح الصدمات، وعيوب الفراغ العظمي.
مع الاهتمام المتزايد بالحلول الخالية من المعادن في مختلف التطبيقات الطبية، بما في ذلك استبدال الركبة ورعاية الصدمات، فإن ظهور تقنيات التصنيع المضافة الجديدة يبشر بعصر جديد من الإمكانيات. على عكس المعادن، يمكن دمج PEEK مع مواد أخرى لتكييف خصائصه مع التطبيق. يوفر الجمع بين الطباعة ثلاثية الأبعاد مع PEEK المتضمن للسيراميك الحيوي إمكانية إنشاء هياكل PEEK المسامية المعقدة التي تلعب دورًا نشطًا في توصيل العظام وعملية الشفاء. يمكن أن يساعد التركيب باستخدام ألياف الكربون أيضًا في تصميم خصائص القوة والصلابة لتتناسب مع احتياجات التطبيق. وقد يحقق كل من هذه المزايا مزايا، ليس فقط في الإنتاج الضخم، ولكن أيضًا في الأجهزة الخاصة بالمريض التي تنتجها الشركات المصنعة للأجهزة التقليدية، أو في نقطة الرعاية في المستشفيات.
تعتبر البوليمرات عالية الأداء ضرورية لتلبية هذه الاحتياجات، وسوف يلعب PEEK، بمفرده أو مع مركبات أخرى مثل ألياف الكربون، دورًا مهمًا في الصناعة. مع استمرار تقدم مجال علوم المواد، فإن أجهزة الزرع الجراحية المبتكرة تعيد تعريف الإمكانيات. لا تؤدي هذه الإنجازات إلى توسيع وتحسين حياة الأفراد فحسب، بل تمكّنهم أيضًا من الحفاظ على نمط حياة نشط ومرضي.
