วัสดุการแพทย์ในยุคที่ 4

วัสดุการแพทย์ในยุคที่ 4
ดร.จินตมัย สุวรรณประทีป ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (เอ็มเทค)

            เมื่อพูดถึงระบบเครือข่ายโทรศัพท์มือถือ ทุกคนคงจะทราบกันดีว่าปัจจุบันเรากำลังอยู่ในยุคที่ 4 หรือที่เรียกว่า 4G และกำลังจะเปลี่ยนไปเป็นยุคหน้าที่เรียกว่า 5G ในเร็ว ๆ นี้ การเปลี่ยนผ่านจากยุคต่าง ๆ ของเครือข่ายโทรศัพท์มือถือนั้นก็เป็นผลทำให้ประสิทธิภาพของการใช้งานเครือข่ายได้ดีมากขึ้น มีความเร็วในการรับส่งข้อมูลที่เร็วมากขึ้น และให้ประสบการณ์ในการใช้งานของผู้ใช้ที่ดีขึ้น รวมทั้งสามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้อย่างหลากหลายมากขึ้นนอกจากจะใช้เพื่อการสื่อสารของโทรศัพท์เท่านั้น แต่ยังใช้เป็นส่วนประกอบหนึ่งที่สำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีทางด้านอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องกับอินเตอร์เน็ตของสรรพสิ่ง ซึ่งจะนำไปสู่กริดไฟฟ้าอัจฉริยะ บ้านอัจฉริยะ ระบบขนส่งอัจฉริยะ และเมืองอัจฉริยะ ที่ทุกอุปกรณ์มีการเชื่อมต่อกันทั้งสิ้น ทั้งนี้อาจจะรวมถึงเครื่องมือแพทย์อัจฉริยะในอนาคตอีกด้วย

พัฒนาการของวัสดุการแพทย์ที่มีการเปลี่ยนผ่านในแต่ละยุค

            การพัฒนาทางด้านวัสดุการแพทย์ก็มีการเปลี่ยนผ่านมาหลายยุคหลายสมัยเช่นเดียวกับเครือข่ายโทรศัพท์มือถือ โดยในปัจจุบันนั้นวัสดุการแพทย์ถือว่าอยู่ในยุคที่ 3 และกำลังคาบเกี่ยวที่จะเปลี่ยนไปสู่ในยุคที่ 4 ในอนาคตอันใกล้ หากมองย้อนไปในอดีตแล้ว วัสดุการแพทย์ในยุคที่ 1 นั้นถือได้ว่ามุ่งเน้นในการประยุกต์ใช้วัสดุทางวิศวกรรมหรือวัสดุทั่วไปในการมาใช้งานทางการแพทย์จากความร่วมมือระหว่างแพทย์และวิศวกรเป็นหลัก โดยเป้าหมายหลักของการพัฒนาวัสดุการแพทย์ในยุคนี้ ได้แก่ วัสดุที่นำมาใช้งานจะต้องไม่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาใด ๆ กับระบบในร่างกายมนุษย์ ไม่ว่าจะเป็นการปฏิเสธจากร่างกายหรือการรับรู้จากร่างกาย หรือเรียกว่า วัสดุเฉื่อยทางชีวภาพ นอกจากนี้มักจะมีสมบัติทางกายภาพที่ใกล้เคียงกับสมบัติกับเนื้อเยื่อที่ต้องการเปลี่ยนทดแทนด้วย ตัวอย่างของวัสดุการแพทย์ในยุคที่ 1 ได้แก่ โลหะไทเทเนียมหรือโลหะผสมของไทเทเนียมสำหรับการใช้งานทางทันตกรรมหรือออร์โธปิดิกส์ โลหะผสมของโคบอลต์ในการผลิตข้อสะโพกเทียม ข้อเข่าเทียม หรือพอลิเอทิลีนน้ำหนักโมเลกุลสูงยิ่งยวดสำหรับการผลิตเป็นพื้นผิวรองรับในข้อเทียมต่าง ๆ เป็นต้น ซึ่งในยุคนี้ก็ได้มีการพัฒนาวัสดุและอุปกรณ์สำหรับการใช้งานออกมาเป็นจำนวนมากและมีส่วนช่วยในการเพิ่มคุณภาพชีวิตของผู้ป่วยจำนวนมาก แต่หลังจากนั้นเมื่อองค์ความรู้ทางด้านการอันตรกิริยาระหว่างวัสดุการแพทย์และเนื้อเยื่อได้รับการศึกษาเพิ่มมากขึ้นทั้งในระดับเซลล์และระดับโมเลกุล วัสดุการแพทย์ก็เริ่มก้าวเข้าสู่ยุคที่ 2 ที่แนวทางในการพัฒนาเปลี่ยนจากการมุ่งเน้นถึงความเฉื่อยทางชีวภาพ ไปเป็นความว่องไวทางชีวภาพหรือการสลายตัวทางชีวภาพ ซึ่งวัสดุการแพทย์ในยุคนี้สามารถที่จะเกิดปฏิกิริยาในทางที่ดีและควบคุมได้ในบริเวณพื้นผิวรอยต่อสัมผัสกับเนื้อเยื่อหรือต่อระบบสภาพแวดล้อมในร่างกาย เพื่อช่วยในการส่งเสริมการตอบสนองทางชีวภาพและการเชื่อมติดกันระหว่างเนื้อเยื่อและวัสดุ ซึ่งนำไปสู่ประสิทธิภาพในการใช้งานที่ดีมากขึ้นและความรวดเร็วในการรักษาที่เพิ่มมากขึ้น ตัวอย่างของวัสดุการแพทย์ในยุคที่ 2 ได้แก่ เซรามิกในกลุ่มไฮดรอกซีแอปาไทต์ กลาสเซรามิก และพลาสติกที่สลายตัวได้ทางชีวภาพประเภทต่าง ๆ ไม่ว่าจะเป็นพอลิแลกไทด์ พอลิไกลโคไลด์ หรือพอลิคาโปรแลกโตน เป็นต้น

ข้อสะโพกเทียมที่ประกอบไปด้วยโลหะและพลาสติกที่มีความเฉื่อยทางชีวภาพ        

ซรามิกทางการแพทย์สำหรับการใช้งานเป็นวัสดุทดแทนกระดูกที่มีความว่องไวทางชีวภาพ

ในส่วนของวัสดุการแพทย์ในยุคที่ 3 ซึ่งถือว่าเป็นยุคปัจจุบันนั้นถูกพัฒนาให้มีความสามารถและประสิทธิภาพที่เพิ่มมากขึ้นอันสืบเนื่องมาจากการพัฒนาองค์ความรู้ที่เกี่ยวข้องกับความเข้ากันได้ทางชีวภาพและชีววิทยาของเซลล์ที่เพิ่มมากขึ้น วัสดุการแพทย์ในยุคนี้ถูกออกแบบให้สามารถกระตุ้นการตอบสนองในระดับยีนหรือเซลล์ที่มีความจำเพาะต่อการใช้งานประเภทต่าง ๆ รวมทั้งการควบรวมของสมบัติทางด้านความว่องไวทางชีวภาพและการสลายตัวทางชีวภาพของวัสดุเข้าด้วยกัน ทำให้สามารถสร้างสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมต่อการเจริญหรือการสร้างเสริมของเนื้อเยื่อได้ดีมากขึ้นกว่าที่จะเป็นการซ่อมแซมดังเช่นการใช้งานของวัสดุการแพทย์ในยุคก่อนหน้าเท่านั้น ตัวอย่างของพัฒนาการที่เกี่ยวข้องกับวัสดุการแพทย์ในยุคที่ 3 ได้แก่ การเกิดขึ้นของวิศวกรรมเนื้อเยื่อ การใช้งานร่วมกันระหว่างวัสดุและสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพต่าง ๆ การเพาะเลี้ยงเซลล์และเนื้อเยื่อสำหรับการปลูกถ่าย นาโนเทคโนโลยีทางการแพทย์ วัสดุเลียนแบบธรรมชาติ เป็นต้น

โครงร่างพรุนรองรับการเจริญของเซลล์จากพลาสติกที่สลายตัวได้สำหรับงานทางด้านวิศวกรรมเนื้อเยื่อ

ในยุคที่ 4 ของวัสดุการแพทย์นั้นมีความพยายามในการพัฒนาให้วัสดุการแพทย์มีความฉลาดเพิ่มมากขึ้น โดยวัสดุการแพทย์ในอนาคตสามารถที่จะตรวจจับหรือรับรู้เหตุการณ์ต่าง ๆ หรือสภาวะต่าง ๆ ของเซลล์หรือเนื้อเยื่อ เช่น จากสัญญาณทางไฟฟ้าของเซลล์ทั้งในบริเวณภายในและภายนอก หรือการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อม แล้วมีการกระตุ้นการตอบสนองหรือปรับเปลี่ยนการทำงานเพื่อตอบสนองต่อสิ่งต่าง ๆ เหล่านั้นได้ด้วยตัวเอง เช่น การเปลี่ยนรูปทรงตามสภาพแวดล้อม การปลดปล่อยสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพตามเงื่อนไขที่กำหนดไว้ล่วงหน้า การรวมตัวกันเองเพื่อเป็นโครงสร้างใหม่ เป็นต้น โดยสามารถนำไปใช้ได้ทั้งการตรวจวิเคราะห์หรือการรักษาทางการแพทย์ ซึ่งการพัฒนาต่าง ๆ เหล่านี้ต้องอาศัยองค์ความรู้และความเข้าใจที่เพิ่มมากขึ้นทางด้านการรับข้อมูลของเซลล์และเส้นทางของสัญญาณที่ข้อมูลเหล่านี้ถูกนำไปกำหนดการตอบสนองทางชีวภาพ รวมทั้งความร่วมมือในการทำงานในรูปแบบของสหวิทยาการทั้งจากทางด้านวิศวกรรมศาสตร์ วัสดุศาสตร์ ชีววิทยา ภูมิคุ้มกัน แพทยศาสตร์ เป็นต้น ซึ่งจะนำไปสู่ประสิทธิภาพการใช้งานของวัสดุการแพทย์ที่ดีเพิ่มมากขึ้น และประโยชน์ของผู้ป่วยในท้ายที่สุด

เอกสารอ้างอิง

  1. P. Roach, et al. (2007) J Mater Sci: Mater Med, 18, pp. 1263.
  2. L.L Hench and I. Thomas (2010) J. R. Soc. Interface, 7, pp. S379.
  3. P. S. Kowalski, et al. (2018) ACS Biomater. Sci. Eng., 411, pp. 3809.
  4. Chengyun Ning, Lei Zhou and Guoxin Tan (2016) Mater. Today, 19(1), pp. 2.