نئے مطالعہ نے ٹائٹینیم میڈیکل امپلانٹس کو انتہائی موثر پایا

3D پرنٹنگ ٹائٹینیم کا عمل

روایتی عمل کے مقابلے میں، ذاتی نوعیت کے سرجیکل امپلانٹ کے اعداد و شمار تیار کرنے کے لیے 3D پرنٹنگ ٹیکنالوجی کے فوائد بنیادی طور پر اس میں جھلکتے ہیں: 3D پرنٹنگ فری فارمنگ کی خصوصیات اندرونی امپلانٹ کو تیزی سے اور درست طریقے سے اپنی مرضی کے مطابق بنا سکتی ہیں، روایتی یونیورسل امپلانٹ فگر کی شکل انسانی جسم کے ساتھ مطابقت نہیں رکھتی ہے اور اس کی میکانیکل خصوصیات معیاری نہیں ہیں۔ پیچیدہ ڈھانچے اور مشکل سے عمل کرنے والی مصنوعات کی تیاری میں، ذاتی نوعیت کے مائیکرو سٹرکچر، خاص طور پر ڈھانچے کے ذریعے غیر محفوظ، نہ صرف مخصوص جسمانی اور کیمیائی خصوصیات کو پورا کر سکتے ہیں، بلکہ بائیو ہسٹو کمپیٹیبلٹی کو بھی بڑھا سکتے ہیں۔

فوائد کا یہ سلسلہ تناؤ سے بچاؤ اور امپلانٹس کی کم حیاتیاتی سرگرمی کے عام مسائل پر مؤثر طریقے سے قابو پا سکتا ہے۔ اس وقت، سب سے زیادہ استعمال شدہ اور وسیع پیمانے پر 3D پرنٹنگ ٹائٹینیم مرکب SLM ٹیکنالوجی اور EBM ٹیکنالوجی ہیں.

سلیکٹیو لیزر میلٹنگ (SLM) تیزی سے پگھلنے کی تشکیل کو حاصل کرنے کے لیے پہلے سے رکھے ہوئے پاؤڈر مواد کو منتخب طور پر روشن کرنے کے لیے لیزر کو حرارت کے ذریعہ کے طور پر استعمال کرتا ہے۔ کام کرنے کا بنیادی اصول یہ ہے کہ غیر فعال گیس کے تحفظ کے ماحول کے تحت، آلہ اور سامان لیزر بیم کو پاؤڈر کی ہر پرت کو منتخب کرنے اور پگھلنے کے لیے سسٹم ڈیزائن موڈ کے ذریعے تیار کردہ فلنگ اسکیننگ پاتھ کے مطابق کنٹرول کرتے ہیں۔

پھر پلیٹ فارم کو نیچے لے جایا جاتا ہے، دوبارہ پاؤڈر بچھایا جاتا ہے اور پوری شکل بننے تک سنٹرنگ کو دہرایا جاتا ہے۔ غیر فعال گیس کا تحفظ دھات کو اعلی درجہ حرارت پر دیگر گیسوں کے ساتھ رد عمل ظاہر کرنے سے روکتا ہے۔ SLM ٹیکنالوجی بہت وسیع پیمانے پر مواد کی تشکیل، مواد کی بچت اور ری سائیکل ہے، پیچیدہ سپورٹ سسٹم کو ڈیزائن اور تیار کرنے کی ضرورت نہیں ہے، فوائد کا یہ سلسلہ SLM ٹیکنالوجی کو زیادہ سے زیادہ وسیع پیمانے پر استعمال کرتا ہے۔

تاہم، SLM میں کچھ خرابیاں بھی ہیں: محدود لیزر پاور اور سکیننگ گیلوانومیٹر ڈیفلیکشن اینگل کی وجہ سے، SLM کے تیار کردہ پرزوں کی سائز کی حد محدود ہو جائے گی۔ ہائی پاور لیزرز اور اعلیٰ معیار کے آپٹیکل آلات کی تیاری مہنگی ہے، جس سے معاشی بوجھ میں کسی حد تک اضافہ ہوتا ہے۔ SLM ٹکنالوجی میں پاؤڈر مواد کے استعمال کی وجہ سے، مولڈ پرزوں کی سطح کا معیار مشکل ہو سکتا ہے، جس کے لیے بعد کے کام کے لیے پروڈکٹ کی ثانوی پروسیسنگ کی ضرورت ہوتی ہے۔ پروسیسنگ کے عمل میں اسفیرائیڈائزیشن اور وارپنگ کے نقائص بھی ہوسکتے ہیں، جس کے لیے پروسیسنگ کے طریقہ کار کو سختی سے بہتر بنانے کے لیے مزید قدم کی ضرورت ہوتی ہے، الیکٹران بیم پگھلنے کے لیے، EBM ایک ایسا عمل ہے جو اضافی مینوفیکچرنگ کے لیے ویکیوم ماحول میں دھاتی پاؤڈر کی تہہ کو پگھلانے کے لیے ہیٹ سورس کے طور پر الیکٹران بیم کا استعمال کرتا ہے۔

اس کا کام کرنے کا اصول یہ ہے: پری لیپت پاؤڈر، ہائی انرجی الیکٹران بیم ڈیفلیکشن کے بعد مقامی چھوٹے علاقے میں اعلی توانائی پیدا کرنے پر توجہ مرکوز کرنے کے بعد پاؤڈر کی تہہ کو اسکین کرکے اعلی درجہ حرارت پیدا کرنے اور یہاں تک کہ پگھلنے کے لیے، الیکٹران بیم کی مسلسل اسکیننگ کے ذریعے پگھلنے والے پول فیوژن اور مضبوطی کے درمیان توانائی پیدا کرنے کے لیے، ایک لکیری اور پلانر دھاتی تہہ میں جڑا ہوا ہے۔

موجودہ پرت کو ختم کرنے کے بعد، بنانے کے لیے پاؤڈر بچھانے کے عمل کو دہرائیں۔ پیداوار کے عمل میں، ای بی ایم مواد کی اعلی طاقت کو یقینی بنانے اور مصر کے آکسیکرن سے بچنے کے لیے حقیقی ہوا پگھلنے والے ماحول کو اپناتا ہے۔ SLM کے مقابلے میں، EBM کے اہم فوائد ہیں: الیکٹران بیم پاور کی موثر پیداوار کم بجلی استعمال کرتی ہے، پیداوار کی رفتار زیادہ ہے، تاکہ پوری مشین کی اصل کل طاقت زیادہ ہو۔ الیکٹران بیم کے انحراف کو آلات کے حصے کو منتقل کرنے کی ضرورت نہیں ہے، جو اسکیننگ کی رفتار کو مزید بہتر بناتا ہے۔ اچھا تھرمل ماحول 3D پرنٹ شدہ حصوں کی شکل کے استحکام کو یقینی بناتا ہے، اس کی جامد مکینیکل خصوصیات کو یقینی بناتا ہے، حیاتیاتی ضروریات کو پورا کرتا ہے، اور دھاتی پاؤڈر کو بھی ری سائیکل کیا جا سکتا ہے۔

3D پرنٹ شدہ سرجیکل امپلانٹس کی حیثیت اور پیشرفت

3D پرنٹنگ کے ساتھ جراحی امپلانٹس اور آرتھوٹکس کے آسٹیولوجی کے میدان میں ایک امید افزا امکان ہے۔ اب زیادہ سے زیادہ ہیں۔3D پرنٹ شدہ امپلانٹ موادجیسے سماعت ایڈز، مصنوعی اعضاء، ذاتی آرتھوپیڈک سرجری گائیڈز، مصنوعی جوڑ، مصنوعی بیرونی کان، ذاتی نوعیت کے دانتوں کے امپلانٹس اور طبی ذاتی علاج میں دیگر ایپلی کیشنز۔ رپورٹس کے مطابق 2014 میں پیکنگ یونیورسٹی کے محققین نے ایک 12 سالہ لڑکے کو کامیابی کے ساتھ ذاتی نوعیت کی تھری ڈی پرنٹ شدہ مصنوعی ریڑھ کی ہڈی کو مائیکرو ہولز کے ساتھ پیوند کیا جو کہ دنیا میں پہلا کیس تھا۔ اسی سال، ڈاکٹروں اور سائنسدانوں نے سکاٹ لینڈ میں ایک 5 سالہ لڑکی کو 3D پرنٹ شدہ مصنوعی ہتھیلی لگائی۔

پیپلز لبریشن آرمی کے 411 ویں ہسپتال کے سٹومیٹولوجی اسپیشلٹی سنٹر نے کامیابی کے ساتھ EBM ٹیکنالوجی کو اپنی مرضی کے مطابق استعمال کیا اور ایک مینڈیبلر ٹائٹینیم الائے امپلانٹ کو ہیمی میکسیلری ریسیکشن کے مریض کے لیے اناٹومی کے انتہائی ذاتی تخروپن کے ساتھ لگایا۔ آپریشن کے دوران، بیمار مینڈیبل کی ریسیکشن اور انفرادی فنکشنل مرمت ایک ہی وقت میں مکمل کی گئی، اور ناقص مینڈیبل کی انفرادی طور پر مرمت اور تعمیر نو کی گئی۔ آپریشن کے بعد کا اثر تسلی بخش تھا۔ لیتھاؤس بی اور دیگر محققین نے مینڈیبلر ریسیکشن والے 20 مریضوں میں ہڈیوں اور مائیکرو واسکولر فلیپس کی تعمیر نو کے لیے تھری ڈی پرنٹنگ ٹیکنالوجی کا استعمال کیا، جس سے آپریشن کا وقت کم ہوا اور آپریشن کے معیار میں بہتری آئی، اور آپریشن کے بعد کا اثر اچھا تھا۔ حالیہ برسوں میں، اسی طرح کی خبریں اور تحقیق ایک نہ ختم ہونے والے سلسلے میں ابھری ہیں، جو طبی میدان میں 3D پرنٹنگ کے اچھے اطلاق کے امکانات کی مکمل عکاسی کرتی ہیں۔

آرتھوپیڈک مصنوعات کی طرف، 3D پرنٹ شدہ سرجیکل امپلانٹ مواد بھی دھیرے دھیرے کمرشلائزیشن اور مارکیٹائزیشن کی طرف بڑھ رہے ہیں۔ 2007 میں، اطالوی کمپنی Adler Ortho اور LIma-LTO کی طرف سے تیار کردہ ہارڈ ٹشو سکیفولڈرز کے ساتھ بائیو پرنٹ شدہ 3D پرنٹ شدہ ایسیٹابولم کپ نے CE سرٹیفیکیشن پاس کیا۔ Exactech کی مصنوعات کو FDA نے 2010 میں منظور کیا تھا۔ 2009 میں، 3D پرنٹنگ کا استعمال کرتے ہوئے امریکی AMT کمپنی کے ذریعہ تیار کردہ آل ٹائٹینیم باڈی فیوژن ڈیوائس نے بھی EU CE سرٹیفیکیشن پاس کیا۔ 2013 میں، ریاستہائے متحدہ میں پہلی بائیو پرنٹ شدہ کھوپڑی کے امپلانٹ پروڈکٹ کو FDA نے منظور کیا تھا، جو کہ دنیا کی پہلی ذاتی نوعیت کی 3D پرنٹ شدہ PEEK سکل امپلانٹ شخصیت بھی ہے۔

اس بنیاد پر، 2014 میں، ریاستہائے متحدہ کی آکسفورڈ کمپنی نے 3D پرنٹنگ میکسیلو فیشل بون پروڈکٹس (5IOK موڈ) کے لیے ایف ڈی اے کی منظوری حاصل کی۔ مزید برآں، یہ اطلاع دی جاتی ہے کہ ستمبر 2015 میں، تھرڈ ہسپتال آف بیجنگ میڈیسن اور بیجنگ ایکانگ یچینگ میڈیکل ایکوپمنٹ کمپنی، لمیٹڈ کے تیار کردہ 3D پرنٹ شدہ انسانی امپلانٹ - مصنوعی کولہے کا جوائنٹ اسٹیٹ فوڈ اینڈ ڈرگ ایڈمنسٹریشن نے رجسٹر کیا ہے۔ 3D پرنٹ شدہ ہپ جوائنٹ "بڑے پیمانے پر پیداوار کے مرحلے" میں داخل ہو گیا ہے، جس کا مطلب ہے کہ چین کے 3D پرنٹنگ امپلانٹس نے بھی پیداوار کے مرحلے میں قدم رکھ دیا ہے۔

3D پرنٹنگ ٹیکنالوجی نے طبی سائنس اور ٹیکنالوجی کی جدت میں تیزی سے اہم کردار دکھایا ہے، اور مختلف ذاتی نوعیت کے ایمپلانٹ مصنوعی اعضاء، مصنوعی اعضاء، دانتوں کے امپلانٹس اور دیگر پہلوؤں کی تحقیق اور اطلاق بھی زیادہ سے زیادہ وسیع ہے۔ لہذا، اس نئے عمل کے ذریعہ تیار کردہ امپلانٹس کی بائیو سیفٹی تشخیص پر زیادہ سے زیادہ توجہ دینے کی ضرورت ہے۔

3D پرنٹنگ ٹائٹینیم کی بایو سیفٹی پر تحقیق

بایومیڈیکل مواد کی حفاظت بنیادی طور پر ٹشوز اور مواد کے درمیان تعامل سے ظاہر ہوتی ہے۔ بائیو میڈیکل میٹل میٹریل کے لیے امپلانٹڈ ڈیوائسز کے معیارات پر پورا اترنے کے لیے، یہ ضروری ہے کہ انسانی جسم میں امپلانٹیشن کی وجہ سے ہونے والا رد عمل قابل قبول سطح پر ہو، اور ساتھ ہی، یہ مواد کی ساخت اور خصوصیات میں کوالٹی تبدیلیاں نہیں لا سکتا۔ انسانی جسم اور انسانی جسم کے درمیان تعامل بنیادی طور پر اس کی حیاتیاتی مطابقت اور حیاتیاتی فعل میں ظاہر ہوتا ہے۔

لہذا، انسانی جسم میں امپلانٹیشن کے بعد، امپلانٹ کو انسانی خلیات، خون اور اعضاء میں الرجی، سوزش اور کیمسٹری، یا انسانی غیر ملکی اداروں کو مسترد کرنے جیسے منفی ردعمل کا سبب نہیں بننا چاہئے. اس کے ساتھ ساتھ، یہ بھی ضروری ہے کہ جن امپلانٹس کو طویل عرصے تک لگانے کی ضرورت ہے ان میں اچھی جامد میکانکی خصوصیات ہونی چاہئیں، یعنی کافی طاقت، مناسب لچکدار ماڈیولس، اعلیٰ استحکام، اچھی سنکنرن مزاحمت اور پائیدار استحکام۔ اب ٹائٹینیم کھوٹ کی سرجیکل امپلانٹیشن کلینکل پریکٹس میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتی ہے، اور بائیو کمپیٹیبلٹی ریسرچ بھی پختہ ہے۔ لہذا، 3D پرنٹنگ سے متعلق ٹائٹینیم مرکب حصوں کی حفاظت بنیادی طور پر اس کے بائیو مکینیکل فنکشن کی حفاظت پر مرکوز ہے۔

اس بارے میں تحقیق کہ آیا 3D پرنٹ شدہ دھاتی امپلانٹ روایتی عمل کی عام امپلانٹ مصنوعات سے مکینیکل خصوصیات، سنکنرن مزاحمت اور حیاتیاتی مطابقت کے لحاظ سے موازنہ ہے، اور آیا الائے امپلانٹ کی کچھ جامد مکینیکل خصوصیات کلینیکل ایپلی کیشن اور قومی معیارات پر پورا اتر سکتی ہیں یا نہیں۔ یہ پتہ چلا ہے کہ 3D پرنٹ شدہ ٹائٹینیم امپلانٹس کی جزوی جامد مکینیکل خصوصیات طبی ضروریات کو پورا کر سکتی ہیں۔ EBM تکنیک کے ذریعہ تیار کردہ Ti6A14V نمونوں کو ڈائریکٹ ٹینسائل ٹیسٹ اور ہاٹ آئسوسٹیٹک پریسنگ ٹیسٹ کے ذریعے جانچا گیا۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ TI6A14V نمونوں کی طاقت فورجنگ معیار سے زیادہ ہے۔

SLM ٹکنالوجی کے ذریعہ تیار کردہ Co-Cr-Mo الائے کی سنکنرن مزاحمت روایتی عمل کے ذریعہ تیار کردہ کھوٹ سے ملتی جلتی ہے، اور مصنوعی تھوک کے ماحول میں آئن تحلیل کی مقدار روایتی عمل کے مرکب سے کم 3D پرنٹنگ ہے۔ DMLS ٹکنالوجی کے ذریعہ تیار کردہ Ti6A14V پروڈکٹ EOS کمپنی کے ذریعہ پائی گئی ہے جس میں وہی جامد مکینیکل خصوصیات اور تھکاوٹ کے خلاف مزاحمت ہے جو کہ معقول پوسٹ پروسیسنگ کے ذریعے روایتی فورجنگ کی طرح ہے۔ ای بی ایم کے ذریعہ تیار کردہ غیر محفوظ ٹائٹینیم الائے ورٹیبرا فیوژن ڈیوائس کو بکری کے جسم میں لگایا گیا تھا اور اس نے بھیڑوں کے سروائیکل فیوژن ماڈل میں اچھے نتائج حاصل کیے تھے۔ ہڈی کے مواد کا انٹرفیس PEEK فیوژن ڈیوائس سے بہتر تھا۔

طبی لحاظ سے، ٹائٹینیم الائے کی لچکدار ماڈیولس اور دیگر مکینیکل خصوصیات انسانی ہڈی کی خصوصیات سے مماثل نہیں ہیں، جو امپلانٹ کے پردیی ہڈی کے ٹشو میں "اسٹریس شیلڈنگ" کے رجحان کا باعث بنے گی اور آسٹیوپوروسس کا سبب بنے گی، جس کے نتیجے میں ہڈیوں کا جذب، ڈھیلا ہونا اور امپلانٹ کا نقصان ہوتا ہے۔ ٹائٹینیم امپلانٹس کے ساتھ اس مسئلے کو کم کرنے کے لیے، غیر محفوظ ساخت کے امپلانٹس محققین کی آنکھوں میں داخل ہو چکے ہیں۔ اب، مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ 3D پرنٹنگ امپلانٹس کے مائیکرو اسٹرکچر کو ان کے لچکدار ماڈیولس اور مکینیکل خصوصیات کو تبدیل کرنے کے لیے اعلیٰ درستگی کے ساتھ ایڈجسٹ کر سکتی ہے، تاکہ انسانی ہڈیوں کے بافتوں سے میل کھا سکے اور مناسب جسمانی بوجھ کو یقینی بنانے کی بنیاد پر بایو مکینیکل افعال کو مزید بہتر بنایا جا سکے۔

Ti6AI4V باڈی کا کنٹرول شدہ ڈھانچہ EBM بنانے والی ٹیکنالوجی کے ذریعے تیار کیا گیا تھا، اور اندرونی باطل ڈھانچہ اسکیننگ الیکٹران مائیکروسکوپی کے تحت نظریاتی ڈیزائن کے مطابق پایا گیا، جس نے 3D پرنٹ شدہ مصنوعات کی ساخت پر EBM کا درست کنٹرول حاصل کیا۔ مکینیکل پرفارمنس ٹیسٹ کے ذریعے، متعلقہ کمپریسیو طاقت 163MPa ہے اور لچکدار ماڈیولس 14MPa ہے 60.1% porosity پر، جو انسانی ہڈی کے قریب ہے۔ وٹرو سیل کلچر میں سیل کی اچھی مطابقت بھی دکھائی دیتی ہے۔

غیر محفوظ سہاروں کو EBM ٹیکنالوجی کے ذریعے ڈیزائن کے پیرامیٹرز کی اصلاح کے ذریعے تیار کیا گیا تھا، اور ان کی مکینیکل خصوصیات کا جائزہ لیا گیا تھا۔ یہ پایا گیا کہ ڈیزائن کردہ غیر محفوظ مواد کی بائیو مکینکس کو مرحلے کی مطابقت اور امپلانٹیشن میچنگ کے تخروپن میں اعلی درجے کی برتری حاصل ہے۔ SLM کے ذریعہ تیار کردہ 300gm، 600gm اور 900~tm کے ساتھ تین قسم کے غیر محفوظ ٹائٹینیم کو خرگوش ٹیبیا میں لگایا گیا تاکہ ہڈیوں کی نشوونما پر تاکنا تناسب کے اثر کی تحقیقات کی جاسکیں۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ 600 ~ میٹر غیر محفوظ ساخت کے ساتھ ہڈیوں کے بافتوں کی لمبائی اور بایو مطابقت بہتر ہے۔

ہڈیوں کی نشوونما کے نقطہ نظر سے، ایڈجسٹ پورسٹی اور یپرچر کے ساتھ ایک سہارہ انسانی جسم میں غذائی اجزاء کی ترسیل اور ترسیل کے لیے زیادہ سازگار ہوگا، اور یہ ہڈیوں کی نشوونما کی صلاحیت کو بھی فروغ دے سکتا ہے، امپلانٹس اور ہڈیوں کے بیڈ کے امتزاج کو بڑھا سکتا ہے، اور مصنوعی اعضاء کی سروس لائف کو بڑھا سکتا ہے، تاکہ تمام ٹھوس طبی اثرات حاصل کیے جا سکیں۔ حالیہ برسوں میں، ملٹی ہول ٹائٹینیم الائے قدم بہ قدم سب سے مثالی کلینکل نئے ہارڈ ٹشو کی مرمت اور متبادل مواد سمجھا جاتا ہے، اور 3D پرنٹ شدہ ٹائٹینیم الائے امپلانٹس کے مختلف خوردبین ڈھانچے کے ساتھ یا ڈھانچے کے ذریعے بھی ایک نیا میدان کھلا ہے۔