مصاحبه: ۴D Biomaterials – “ امکان نداشت بتوانیم آن را به روشی غیر از پرینت سه بعدی بسازیم.”
“ما به صورت بالقوه، مواد پیشرو جهان را در اختیار داریم.”
لورا گریفیث
تاریخ ۲۳ مارس ۲۰۲۲
بسیاری از داستان‌های پیشرفت فناوری از گاراژهای ساده و انبارهای باغبانی آغاز می‌شوند، اما در اینجا صحبت از یک کافی‌شاپ در دربی‌شیر است که در آنجا فیلیپ اسمیت، مدیر عامل شرکت ۴D Biomaterials و فیل ریوز، مشاور تولید ساخت افزایشی بهار گذشته و پس از برداشته شدن محدودیت‌های قرنطینه‌ای در انگلستان، توانستند برای اولین بار با همدیگر ملاقات کنند و با فردی مثل خودشان رو به رو شوند.
اسمیت در گفت و گویی که اخیرا با TCT داشته خاطرنشان کرد: «به او گفتم که چه کار می‌کردیم. فیل شروع به خندیدن کرد و گفت که یک مشتری دارم و از من خواسته است که آن ماده را برایش تهیه کنم. من کل دنیا را دنبال آن ماده گشتم.»
این ماده، یا مواد چهاربعدی، گستره‌ای از جوهرهای رزینی پرینت سه بعدی پلیمری جدیدی (اختراعات درخواستی) هستند؛ از این مواد با روش‌های ساخت افزایشی وسایل پزشکی قابل کاشت تولید می‌شود که در طول زمان تجزیه و جذب بدن می‌شوند.
همه چیز ۱۵ سال پیش توسط پروفسور اندرو داو، محقق برجسته پلیمرهای تجزیه‌پذیر، شروع شد. پروفسور داو در آن زمان توسعه کلاس جدیدی از رزین‌های استریولیتوگرافی را شروع کرد که نتایج بهتری را برای بیمار به دنبال داشت. برای اینکه این فناوری تجاری‌سازی شود، ۴D Biomaterials همکاری خود را با دانشگاه‌های بیرمنگام و وارویک ادامه داد که یک تیم شش نفره به صورت تمام وقت روی این موضوع کار کردند و حدود ۶/۱ میلیون پوند پول به دست آوردند، و در حال حاضر هم آماده‌اند تا فناوری را وارد فاز بعدی کنند.
پلیمرهای تجزیه‌پذیر مثل پلی لاکتیک اسید (PLA)، پلی لاکتیک-کو-گلیکولیک اسید (PLGA) و پلی کاپرولاکتون (PCL) در زمینه تولید تجهیزات پزشکی به خوبی جا افتاده‌اند و بعضی از آن‌ها همین حالا هم در فرآیندهایی مانند FDM استفاده می‌شوند، اما می‌توانند محدودیت‌هایی هم ایجاد کنند.
دکتر اندی نایلور، رئیس بخش توسعه‌ی محصول ۴D Biomaterials توضیح می‌دهد: «در پلی‌استرهایی مانند PLA و PLGA، تخریب ماده با رطوبت شروع می‌شود و این مواد به ویژه به راحتی هیدراته می‌شوند. بنابراین، وقتی این مواد وارد بدن می‌شوند آب به سراسر آن‌ها وارد می‌شود. این موضوع باعث ایجاد واکنشی می‌شود که موجب تخریب آن‌ها از داخل و بیرون می‌شود. این تخریب می‌تواند یک محیط محلی بسیار اسیدی ایجاد کند که برای بافت داخلی خوب نیست و یکی از اشکالات مهم این مواد است.»
در مقابل، مواد ۴Degra طی فرآیند فرسایش سطحی تدریجی تخریب می‌شوند که باعث می‌شود ساختار به طور ناگهانی فرونپاشد. یعنی اینکه هر گونه محصول جانبی نیز به تدریج آزاد شده و در نتیجه غلظت کاهش پیدا می‌کند. همچنان که بافت در داخل چهارچوب رشد می‌کند، فرسایش تدریجی هم به مرور زمان نحوه جذب خود آنچه را که در بدن قرار داده شده است، ارتقا می‌دهد.
تیم مهندسان و شیمیدانان ۴D Biomaterials توانایی طراحی فرمول هر ماده‌ای متناسب با هر نیازی را دارند. از مواد فوق‌العاده نرم و انعطاف‌پذیر گرفته تا موادی که دارای خواص قوی و محکمی هستند. این شرکت در کنار TCT 3Sixty در نمایشگاه نوآوری فناوری در پزشکی سال ۲۰۲۱ حضور داشت که آنجا مجموعه‌ای از نمونه‌های کاربردی، از ساختارهای شبکه‌ای چاپ برای بازسازی استخوان گرفته تا ریزساختارها برای اسپلینت‌ها، ثروت بالقوه‌ای از انعطاف‌پذیری مواد را نشان می‌داد. در یکی از نمونه‌های کاربردی بزرگتر، از این مواد استفاده کردند تا یک دستگاه لامپکتومی محافظ سینه را چاپ کنند. این دستگاه بعد از برداشتن تومور، در فضای خالی جایگذاری می‌شود. این دستگاه در نسخه بافت نرم ۴ بعدی چاپ شده، و ساختاری به شکل شبکه حافظه و اسفنج – مانند، مثل بافت سینه، دارد؛ بطوریکه موقع کاشت می‌توان آنرا فشرده و کوچکتر کرد و بعد از اینکه به دمای بدن برسد، منبسط می‌شود. با گذشت زمان، بافت طبیعی بیمار در چهارچوب رشد می‌کند و پس از آن تحلیل رفته و جذب بدن می‌شود. جراحان سینه در ایالات متحده به این دستگاه خیلی علاقمند هستند و این روش را راهی کارآمدتر بدون نیاز به جراحی ترمیمی می‌دانند که نتایج زییایی بهتری را ارائه می‌دهد.
یک نمونه‌ی متفاوت که فرمولاسیون آن با مواد سفت‌تر است، از ساختار شبکه‌ای برای پر کردن شکاف شکستگی و تقویت رشد استخوان استفاده می‌شود. برای موادی که پیچیده‌تر باشند، به لطف چاپ سه بعدی، امکان شخصی سازی این نوع دستگاه‌ها هم هست.
نایلور اضافه می‌کند: «اندازه منافذ این نوع داربست‌های بافتی کاملا مشخص است و وضوح بسیار بالایی دارند که برای رشد بافت بسیار عالی هستند و امکان نداشت بتوانیم آن را به روشی غیر از پرینت سه بعدی بسازید.»
شرکت ریوز با استفاده از ارتباطاتی که در صنعت تولید ساخت افزایشی دارد، با مشتریان اولیه و فروشندگان ماشین کار کرده و هر دوی آن‌ها را مخفی نگهداشته است تا مواد را برای آزمایشات بالینی آماده کنند. درحالی که تیم ایده‌های زیادی برای کاربرد مواد دارند؛ اسمیت می‌گوید که هدف بلندمدت آن‌ها این نیست که به یک تولیدکننده تجهیزات پزشکی تبدیل شوند، بلکه این است که یک تأمین کننده‌ی مواد و یک شریک توسعه باشند. با این حال، دریافت یک دستگاه پزشکی از راه قانونی، مستلزم فرآیندی طولانی و سخت است و درحال حاضر، ریوز وضعیت «مرغ و تخم مرغ» را توضیح می‌دهد که استارتاپ داخل آن قرار دارد؛ چون قصدش این است که یک دستگاه متمرکز بر آزمایشات بالینی را انتخاب کند و بدون اینکه به شخص ثالثی متکی باشد، تأیید نظارتی را برای آن‌ها انجام بدهد.
اسمیت اضافه می‌کند: «این فقط یک راهی است که ما مطمئن بشویم مواد در دستگاهی به دستمان می‌رسند که مورد تأیید است، و سپس آن را به عنوان یک ماده‌ی اولیه برای سایر افراد برای استفاده در هر دستگاهی که در حال توسعه است یا در اختیار دارند، واجد شرایط می‌کند.»
درست است که تیم باور دارد که یک ماده‌ای در اختیار دارد که جهان را مغلوب می‌کند، بحث ریوز سر این است که برای دستگاه‌هایی که سه بعدی پرینت می‌کنند، مواد ۴Degra معنایی ندارد.
ریوز اینطور توضیح می‌دهد: «واقعیت این است که مهم نیست که ماده چیست، چه PEEK باشد چه تیتانیوم، چه مواد زیست پزشکی شناخته‌شده و پذیرفته شده‌ای باشد، هنوز لازم است که تمام این فرآیند برای یک دستگاه پزشکی طی شود. چیزی که من را در این مورد هیجان‌زده می‌کند این است که ما مواد بهتری نسب به مواد فعلی داریم و اگر بخواهیم از چاپ سه بعدی استفاده کنیم، لزوماً به این معنی نیست که که برای قرار دادن آن در یک دستگاه پزشکی، زمان بیشتری لازم است.»
در ضمن، این ملاقات هیجان‌انگیز در یک کافه محلی و گفتگوی کوتاهی بود که در تبریک تولد بین اسمیت و نیلور در لینکدین اتفاق افتاد که باعث شد یک خانه و آزمایشگاه مجهز در داخل ناتینگهام مدیسیتی پیدا کنند و بیومتریال‌های ۴ بعدی را به جایی که امروز هست برسانند، سه نفر بر این باور هستند که تغییر به کار از راه دور و بزرگ کردن جلسات تجاری نیز به طور مساوی با ایجاد کردن یک زمین بازی، نقش داشته‌اند.
ریوز این مطلب را به اشتراک گذاشت که: «با برخی از بزرگترین تولیدکنندگان تجهیزات پزشکی و شرکت‌های چاپ سه بعدی در جهان جلسات زوم داشتیم. ما یک استارتاپ کوچک در ناتینگهام هستیم و تصورم این است که قبل از ابتلا به کووید، انتظار داشتیم با سفر کردن دیده شویم ولی فکر می‌کنم شرایط درحال حاضر کاملاً تغییر کرده است. من فکر می‌کنم که الان زمین بازی برای ارتباط برقرار کردن با شرکا و مشتریان احتمالی و شرکای زنجیره تأمین خیلی بزرگتر شده است.»
هدف از این استارتاپ این است که اولین دستگاه خودمان را در سال جاری انتخاب کنیم تا بتوانیم آزمایشات بالینی را در حدود سال ۲۰۲۳ آغاز کنیم. در حال حاضر، رزین فقط برای اهداف توسعه طراحی مناسب است، اما گام بعدی تعامل با یک مرکز تولید GMP برای آماده‌سازی مواد است. احتمالاً وقتی به آزمایشات بالینی برسیم، حد و حصری برایمان وجود ندارد.
فیل در پایان می‌گوید: «من فکر می‌کنم ما واقعاً در موقعیت بسیاری قوی‌ای قرار داریم و به صورت بالقوه، ماده‌ی برتر دنیا را بهتر از آنچه که شما دارید را در اختیار داریم و به صورت سه بعدی هم قابل چاپ است. بنابراین، اگر شما یکی از سازندگان تجهیزات هستید و می‌خواهید به سمت چاپ سه بعدی بروید، چرا اینکار را با مواد نامرغوب انجام بدهید؟»
