Technologie 3D

Świat science fiction narządów drukowanych w 3D

Świat science fiction narządów drukowanych w 3D



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Znowu z drukowaniem 3D. Jak wspomnieliśmy w poprzednich artykułach na temat wytwarzania przyrostowego, drukowanie 3D wpłynie na prawie każdą dużą branżę na świecie, w tym na opiekę zdrowotną. Widzieliśmy już, jak drukowanie 3D może przynieść korzyści branży opieki zdrowotnej w związku z niedawną pandemią koronawirusa.

Wiodące firmy zajmujące się drukiem 3D, takie jak Carbon, Prusa Research i Formlabs, drukują osłony twarzy, maski i kluczowe narzędzia szpitalne dla pracowników służby zdrowia. Cała społeczność zajmująca się drukiem 3D ciężko pracowała, aby złagodzić presję na łańcuchy dostaw i rządy.

Druk 3D to obietnica zmiany branży opieki zdrowotnej na lepsze, oferując pacjentom takie rzeczy, jak inteligentniejsze leki i wysoce spersonalizowana protetyka. Jednak, podobnie jak w przypadku filmu Dark Man z 1990 roku, lekarze mogą drukować narządy w celu leczenia pacjentów. W rzeczywistości to już się dzieje. Naukowcy z różnych wiodących uniwersytetów wydrukowali w 3D główne funkcjonujące narządy ludzkie. Obecnie na całym świecie, a zwłaszcza w Stanach Zjednoczonych, niedobór narządów jest coraz większym problemem zdrowotnym.

Narządy drukowane w 3D mogą uratować życie ludzi

Oceniono, że ze względu na ogromne zapotrzebowanie na narządy900,000 Każdego roku zgonów można by zapobiec stosując narządy sztuczne. Obecnie w Stanach Zjednoczonych jest 113,000 mężczyźni, kobiety i dzieci na krajowej liście oczekujących na przeszczep od lipca 2019 r. Niestety, średnio20 osób umiera każdego dnia czeka na przeszczep, a co 10 minut kolejna osoba jest dodawana do listy oczekujących. Narządy drukowane w 3D to realne rozwiązanie. Co więcej, te zmodyfikowane narządy znacznie wykraczają poza praktyczne korzyści, ponieważ te nowe, zmodyfikowane narządy są bardzo opłacalne.

Na przykład, według National Foundation for Transplants, standardowy przeszczep nerki może średnio kosztować w górę $300,000podczas gdy drukarka biologiczna 3D, czyli drukarka używana do tworzenia narządów drukowanych w 3D, może kosztować zaledwie $10,000 z oczekiwanym spadkiem kosztów w miarę rozwoju technologii w ciągu najbliższych kilku lat. Lekarze i badacze są podekscytowani nadchodzącą erą narządów drukowanych w 3D.

Dzisiaj zamierzamy dokładniej zbadać konsekwencje biodruku 3D, wyzwania, korzyści i potencjalne problemy związane z tym rewolucyjnym nowym produktem. Oczekuje się, że w ciągu najbliższych kilku lat popyt na biodrukowanie wzrośnie.

Podstawy: Co to jest biodrukowanie 3D?

Możesz usłyszeć proces drukowania narządów 3D opisywany jako biodruk 3D, a produkty końcowe (organy) nazywane są organami inżynierskimi. Krótko mówiąc, proces biodruku jest podobny do wielu znanych Ci procesów wytwarzania przyrostowego. Jednak w tym przypadku, wytwarzanie przyrostowe, proces obejmuje łączenie komórek i czynników wzrostu w celu stworzenia struktury podobnej do tkanki, a ostatecznie narządów. Pomyśl o swojej standardowej drukarce FDM. Jest szansa, że ​​masz teraz jeden na swoim pulpicie lub widziałeś go w akcji. Proces jest bardzo podobny.

Kiedy chcesz coś wydrukować w 3D, pierwszą rzeczą, którą musisz zrobić, jest utworzenie modelu cyfrowego, który z kolei jest drukowany na fizyczny obiekt 3D za pomocą termoplastycznego tworzywa, warstwa po warstwie. Biodruk działa podobnie - naukowcy tworzą model tkanki, którą chcą stworzyć, a następnie proces drukowania, który jest ostatnim obiektem warstwa po warstwie. Ponieważ jednak drukarki używają jałowych komórek, rozdzielczość druku (wysokość warstwy) i struktura matrycy muszą być odpowiednio przygotowane do druku.

Rozbijając to dalej, bardzo przypominając przed i po produkcji drukowania SLA, badacze podejmują określone kroki, aby zapewnić prawidłowe drukowanie narządów. Przede wszystkim w fazie przedprodukcyjnej specjaliści medyczni tworzą cyfrowy model swojego druku przy użyciu technologii takich jak tomografia komputerowa i rezonans magnetyczny. Drukarki są następnie przygotowywane i sterylizowane przed drukowaniem w celu optymalizacji żywotności komórek.

Następnie model jest wysyłany do drukarki. Zamiast używać tworzywa termoplastycznego, naukowcy używają biotuszu do drukowania swoich struktur. Tusz Bioink jest wytłaczany warstwa po warstwie ze średnią grubością około 0,5 mm lub mniej. Jednak, podobnie jak filament, biotusz jest umieszczany we wkładzie drukarki i służy do tworzenia fizycznego modelu 3D. Wreszcie, na etapie postprodukcji, po zakończeniu druku, badacze mechanicznie i chemicznie stymulują część, aby zapewnić stworzenie stabilnych struktur. Proces krzepnięcia narządu jest zwykle wspomagany światłem UV, określonymi chemikaliami, a czasem nawet ciepłem.

Bioink to „filament” stosowany w biodrukarkach

Jak wspomniano powyżej, Bioink służy do tworzenia sztucznych tkanek modelowanych podczas procesu biodruku 3D. Wiele różnych właściwości sprawia, że ​​Bioink jest wyjątkowo idealny do precyzyjnego zadania. Po dalszej kontroli zdasz sobie sprawę, że ten biotusz składa się z komórek i materiału nośnikowego, którym jest zwykle żel biopolimerowy.

Chociaż biotusze mogą być całkowicie wykonane z komórek, ten żel biopolimerowy jest potrzebny do utrzymywania komórek w miejscu, umożliwiając im wzrost, rozprzestrzenianie się, a nawet namnażanie, chroniąc komórki podczas procesu drukowania 3D. Bez tego żelu biopolimerowego proces drukowania tkanki 3D byłby znacznie trudniejszy.

Podczas drukowania na drukarce FDM dysza używana do procesu drukowania jest podgrzewana do wysokiej temperatury, aby stopić plastik i stworzyć zamierzoną część. Podczas korzystania z drukarki biologicznej 3D proces jest taki sam i ponownie podkreśla znaczenie polimeru. Gdy biotusz przechodzi przez dyszę drukarki, ciepło nie może „ugotować” komórki.

Żel biopolimerowy zapobiega nadmiernemu nagrzewaniu się komórek podczas procesu drukowania. Tym bardziej, że podczas tego samego procesu właściwości lepkosprężyste żelu zapobiegają uszkodzeniu komórek podczas procesu wytłaczania z dyszy podczas drukowania.

Teraz, jeśli zastanawiasz się, co jeszcze można znaleźć w mini-komórkowej zupie bioinków, dziś masz szczęście. Jak stwierdził zespół z All3DP, „... biotusze opierają się na kombinacji kilku polimerów, aby osiągnąć pewien rodzaj pośredniego poziomu, w którym przestrzegane są ograniczenia chemiczne, fizyczne i biologiczne”. Zazwyczaj Bioink może zawierać wszystko, od kwasu hialuronowego po kolagen, alginian, celulozę, a nawet jedwab.

Czy ludzie mają już narządy drukowane w 3D?

Krótka odpowiedź, tak. W 2017 roku zespół inżynierów z Uniwersytetu Nauki i Technologii w Pohang opracował i wydrukował w 3D to, co nazwali „bio-naczyniami krwionośnymi”, wykorzystując materiały pochodzące z ludzkiego ciała jako szablon procesu. Naczynie krwionośne funkcjonowało pięknie, bez żadnych problemów. Podczas gdy naukowcy z Uniwersytetu Harvarda zaledwie rok wcześniej opracowali nowy typ biotuszu specjalnie dla nerek, umożliwiając zespołowi naukowców tworzenie kluczowych funkcjonalnych części nerek.

Podczas gdy zespół ze start-upu Bioodruku Organovo w San Diego już zademonstrował, że może drukować plastry ludzkiej wątroby i wszczepiać je myszom. Jednak cele zespołu Organovo nie kończą się na tym. Jak wspomniano na ich stronie internetowej: „Jesteśmy pionierami w tworzeniu unikalnego zestawu możliwości terapeutycznych i profilowania leków w oparciu o naszą rewolucyjną zdolność do biologicznego druku 3D sd tkanek, które naśladują kluczowe aspekty ludzkiej biologii i chorób. Dążymy do zmiany oblicza medycyny poprzez rozwój kliniczny terapii medycyny regeneracyjnej do leczenia chorób i umożliwiając odkrywanie leków translacyjnych ”.

Próby przeszczepów wątroby na ludziach mogą rozpocząć się już w tym roku. Pomysł biologicznego drukowania narządów ludzkich nie jest już jakimś odległym pomysłem science fiction. Naukowcy z prywatnych firm i czołowych uniwersytetów mają wydrukowane uszy, płuca, a nawet serce.

Technologia biodruku jest daleka od doskonałości

Tak, było wiele udanych prób tworzenia tkanek i narządów poddanych inżynierii genetycznej. Jednak technologia wciąż ma wiele do zrobienia, zanim zostanie w pełni dostosowana w pobliskich szpitalach. Jest kilka oczywistych przeszkód, które musimy pokonać.

Po pierwsze, biodrukowanie musi być szybsze, a także umożliwiać wytwarzanie tkanek w wyższej rozdzielczości. Możliwość drukowania organu w 3D w ciągu kilku godzin lub minut może sprawić, że biodrukowanie 3D będzie znacznie bardziej atrakcyjne komercyjnie. Podczas gdy wyższa rozdzielczość pozwoliłaby na lepszą interakcję i kontrolę w mikrośrodowisku 3D.

Po drugie, potrzebujemy więcej biomateriału. W tej chwili jest to jak drukowanie z kilkoma filamentami. Podobnie jak w przypadku drukarki FDM, a nawet SLA, używasz różnych materiałów do drukowania do różnych zadań.

To samo dotyczy świata biotuku oraz złożonych i różnych rodzajów leczenia tkanek, których ludzie mogą potrzebować. Niemniej jednak technologia jest ekscytująca i jak wspomniano powyżej, może wkrótce uratować miliony istnień ludzkich. Rosnąca konkurencja w sektorze prywatnym może pomóc w powstaniu szybkich innowacji potrzebnych do opłacalnego drukowania 3D.

Co myślisz o świecie biodruku 3D? Czy ta technologia zrewolucjonizuje branżę opieki zdrowotnej?


Obejrzyj wideo: Galaxy Dog Brett Fitzpatrick. Part 1 of 2 Science Fiction Audiobook (Sierpień 2022).