Artificial Organ Bioprinting

เรื่องโดย ดร.ทัศชา ทรัพย์มีชัย

เทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติ (3D Printing) ได้ก้าวไกลจากการเป็นเครื่องมือสำหรับการสร้างแบบจำลองทางอุตสาหกรรมสู่การใช้งานในวงการแพทย์ หนึ่งในเทคโนโลยีที่มีความก้าวหน้ามากที่สุดคือการพิมพ์อวัยวะเทียม โดยใช้วัสดุชีวภาพซึ่งช่วยลดปฏิกิริยาต่อต้านอวัยวะใหม่และเพิ่มโอกาสในการซ่อมแซมเนื้อเยื่อหรืออวัยวะที่เสียหาย ในบทความนี้ เราจะสำรวจความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในการใช้วัสดุชีวภาพ (Biomaterials) ในการพิมพ์อวัยวะเทียม รวมถึงประโยชน์ การใช้งาน และทิศทางในอนาคต

วัสดุชีวภาพสำหรับการพิมพ์อวัยวะเทียม

การเลือกวัสดุชีวภาพในการพิมพ์อวัยวะเทียมนั้นมีความสำคัญเป็นอย่างยิ่ง วัสดุเหล่านี้จำเป็นต้องมีคุณสมบัติที่เหมาะสม เช่น ความสามารถในการเข้ากันได้กับเนื้อเยื่อร่างกาย (Biocompatibility) ความสามารถในการย่อยสลายได้ทางชีวภาพในร่างกายมนุษย์ (Biodegradability) และความยืดหยุ่นต่อการขึ้นรูป ปัจจุบันมีการใช้วัสดุหลากหลายชนิด เช่น

1. ไฮโดรเจล (Hydrogels) วัสดุชนิดนี้มีน้ำเป็นองค์ประกอบมากในโครงสร้าง ทำให้เหมาะสมสำหรับการพิมพ์เซลล์ที่จำเป็นต่อการฟื้นฟูเนื้อเยื่อ
2. พอลิเมอร์ชีวภาพ (Biopolymers) เช่น พอลิแล็กติกแอซิด (Polylactic Acid, PLA) และ พอลิคาโพรแล็กโทน (Polycaprolactone, PCL) ซึ่งเป็นวัสดุที่มีความแข็งแรงและสามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ
3. โปรตีนจากธรรมชาติ เช่น คอลลาเจนและเจลาติน ซึ่งมีคุณสมบัติกระตุ้นการเจริญเติบโตของเซลล์

กระบวนการและเทคโนโลยีการพิมพ์อวัยวะเทียม

เทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติ สามารถแบ่งออกเป็นหลายประเภท ขึ้นอยู่กับวิธีการขึ้นรูปของวัสดุ รวมถึงมีข้อดีและข้อเสียแตกต่างกัน ดังแสดงรายละเอียดในตาราง

การใช้งาน

ขอบเขตการใช้งานหลักของเทคโนโลยีการพิมพ์ชีวภาพมีหลากหลาย ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อวงการแพทย์และวิทยาศาสตร์ ดังนี้

การสร้างอวัยวะเทียม: หนึ่งในความก้าวหน้าที่สำคัญที่สุดของการพิมพ์ชีวภาพคือการผลิตอวัยวะเทียม เนื่องจากจำนวนผู้ป่วยที่ต้องการปลูกถ่ายอวัยวะเพิ่มสูงขึ้น เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติช่วยลดปัญหาการขาดแคลนอวัยวะ โดยสร้างอวัยวะจากเซลล์ของผู้ป่วยเอง ซึ่งสามารถลดความเสี่ยงจากปฏิกิริยาต่อต้านอวัยวะใหม่และเพิ่มความปลอดภัยให้กับผู้ป่วย ครอบครัว และระบบสาธารณสุข

การพัฒนาเนื้อเยื่อเพื่อการทดสอบยา: การพิมพ์เนื้อเยื่อ 3 มิติสำหรับการทดสอบยาเป็นทางเลือกที่มีประสิทธิภาพทั้งในด้านต้นทุนและจริยธรรม แทนที่จะใช้สัตว์หรือมนุษย์ในกระบวนการทดลอง การใช้เนื้อเยื่อที่พิมพ์จากเซลล์มนุษย์ช่วยในการประเมินผลข้างเคียงของยาได้อย่างแม่นยำมากขึ้น อีกทั้งยังสามารถกำหนดปริมาณยาที่ปลอดภัยสำหรับการใช้งานในมนุษย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การทำศัลยกรรมตกแต่งและผิวหนัง: เทคโนโลยีการพิมพ์ชีวภาพยังมีบทบาทสำคัญในศัลยกรรมความงาม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการปลูกถ่ายเนื้อเยื่อผิวหนัง การสร้างเนื้อเยื่อผิวหนังด้วยการพิมพ์ 3 มิติอาจนำมาใช้เชิงพาณิชย์ได้ในอนาคต เนื้อเยื่อที่พิมพ์ได้บางส่วนกำลังได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อการวิจัยและอาจกลายเป็นวิธีการรักษาทางการแพทย์ในอนาคต

การสร้างเนื้อเยื่อกระดูกและทันตกรรม: การพิมพ์ชีวภาพช่วยในการผลิตเนื้อเยื่อกระดูกสำหรับการปลูกถ่ายกระดูก และยังมีบทบาทในด้านการทำฟันและการสร้างเทียมทางทันตกรรม ช่วยลดความซับซ้อนในกระบวนการรักษาและเพิ่มประสิทธิภาพในการฟื้นฟูผู้ป่วย

ประโยชน์ของการใช้วัสดุชีวภาพ

การใช้วัสดุชีวภาพในกระบวนการพิมพ์อวัยวะเทียมมีข้อได้เปรียบหลายประการ เช่น

1. ลดความเสี่ยงต่อปฏิกิริยาต่อต้านอวัยวะที่ได้รับจากการปลูกถ่าย – วัสดุชีวภาพที่สามารถปรับแต่งได้ตามลักษณะเฉพาะของผู้ป่วยจะช่วยลดการตอบสนองทางภูมิคุ้มกัน
2. ความยืดหยุ่นในการออกแบบ – ด้วยเทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติ แพทย์สามารถออกแบบอวัยวะเทียมให้ตรงกับสรีรวิทยาของผู้ป่วย
3. ประหยัดเวลาและค่าใช้จ่าย – การผลิตอวัยวะเทียมโดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติ ลดขั้นตอนที่ซับซ้อนและค่าใช้จ่ายเมื่อเปรียบเทียบกับการปลูกถ่ายอวัยวะจริง

ความท้าทายและข้อจำกัด

แม้ว่าการพิมพ์อวัยวะเทียมจะมีความก้าวหน้า แต่ก็ยังมีความท้าทายทางเทคโนโลยีและการแพทย์ เช่น การควบคุมคุณภาพของเนื้อเยื่อที่สร้างขึ้น การยอมรับจากร่างกายผู้ป่วย และการพัฒนาเทคนิคที่ซับซ้อนขึ้นเพื่อสร้างอวัยวะที่มีความซับซ้อนมากขึ้น เช่น หัวใจหรือสมอง

ทิศทางในอนาคตของการพิมพ์อวัยวะเทียม

เทคโนโลยีการพิมพ์อวัยวะเทียมจะยังคงพัฒนาไปพร้อมกับการค้นพบวัสดุชีวภาพใหม่ ๆ ที่มีคุณสมบัติดีขึ้น เช่น ความแข็งแรง ความยืดหยุ่น การค้นคว้าและพัฒนาวัสดุที่สามารถเลียนแบบโครงสร้างของเนื้อเยื่อที่ซับซ้อนหรือวัสดุที่ช่วยกระตุ้นการเจริญเติบโตของเซลล์ในระยะยาว คาดว่าในอนาคตอันใกล้ การพิมพ์อวัยวะเทียมจะกลายเป็นทางเลือกสำคัญในการรักษาผู้ป่วยที่ต้องการปลูกถ่ายอวัยวะ

เทคโนโลยีการพิมพ์อวัยวะเทียมโดยใช้วัสดุชีวภาพเป็นหนึ่งในนวัตกรรมที่กำลังเปลี่ยนแปลงวงการแพทย์อย่างรวดเร็ว วัสดุชีวภาพที่พัฒนาให้เข้ากับการพิมพ์สามมิติ ช่วยให้การสร้างอวัยวะเทียมมีความเป็นไปได้มากขึ้น ทั้งในด้านการซ่อมแซมเนื้อเยื่อและการรักษาผู้ป่วยที่จำเป็นต้องปลูกถ่ายอวัยวะ ควบคู่ไปกับการวิจัยและพัฒนาที่ไม่หยุดยั้ง เทคโนโลยีนี้จะกลายเป็นส่วนสำคัญของการแพทย์ในอนาคต

แหล่งข้อมูล
[1] Melchels, F. P., et al. (2010). Additive manufacturing of tissues and organs. *Progress in Polymer Science*, 37(8), 1079-1104.
[2] Murphy, S. V., & Atala, A. (2014). 3D bioprinting of tissues and organs. *Nature Biotechnology*, 32(8), 773–785.
[3] Groll, J., et al. (2016). Biofabrication: reappraising the definition of an evolving field. *Biofabrication*, 8(1), 013001.
[4] https://www.harn.co.th/articles/3d-printing-in-medical-profession/
[5] https://urbancreature.co/city-3d-printing-medical/
[6] https://www.thaipbs.or.th/news/content/325562
[7] https://meow.wse.jhu.edu/protocols/beginners-guide-to-bioprinting/

Go to Top