3D tehnologije

Svet znanstvene fantastike 3D tiskanih organov

Svet znanstvene fantastike 3D tiskanih organov


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.

Znova se vrnite s 3D tiskanjem. Kot smo že omenili v prejšnjih člankih o aditivni proizvodnji, bo 3D tiskanje vplivalo na skoraj vsako večjo industrijo po vsem svetu, vključno z zdravstvom. Že smo videli, kako bi lahko 3D tiskanje koristilo zdravstveni industriji z nedavno pandemijo koronavirusa.

Vodilna podjetja za 3D tiskanje, kot so Carbon, Prusa Research in Formlabs, tiskajo ščitnike za obraz, maske in ključna bolnišnična orodja za zdravstvene delavce. Celotna skupnost 3D-tiskanja je trdo delala, da bi olajšala pritisk na dobavne verige in vlade.

3D tiskanje obljublja, da bo zdravstveno industrijo spremenilo tako, da bo bolnikom bolje ponudil stvari, kot so pametnejša zdravila in hiper prilagojena protetika. Kot nekaj iz filma Temni človek iz leta 1990 pa bi lahko postalo običajno, da zdravniki tiskajo organe za zdravljenje pacientov. Pravzaprav se že dogaja. Raziskovalci z različnih vodilnih univerz so na 3D natisnili glavne delujoče človeške organe. Trenutno je pomanjkanje organov po vsem svetu, zlasti v ZDA, glavna naraščajoča skrb za zdravje.

3D tiskani organi lahko ljudem rešijo življenja

Zaradi izjemnega povpraševanja po organih je bilo ocenjeno, da900,000 vsako leto bi bilo mogoče preprečiti smrt z uporabo inženirskih organov. Trenutno v ZDA obstajajo 113,000 moški, ženske in otroci na državnem čakalnem seznamu za presaditve od julija 2019. Na žalost v povprečju20 ljudi umre vsak dan čaka na presaditev, medtem ko je vsakih 10 minut na čakalni seznam dodana nova oseba. 3D tiskani organi so izvedljiva rešitev. Še več, ti inženirski organi daleč presegajo njegove praktične prednosti, saj so ti novi inženirski organi zelo stroškovno učinkoviti.

Na primer, po podatkih Nacionalne fundacije za presaditve lahko običajna presaditev ledvic v povprečju stane več kot $300,000ker lahko 3D bioprinter, tiskalnik, ki se uporablja za ustvarjanje 3D tiskanih organov, stane že malo $10,000 s pričakovanim padcem stroškov z razvojem tehnologije v naslednjih nekaj letih. Zdravstveni delavci in raziskovalci so navdušeni nad prihajajočo dobo 3D tiskanih organov.

Danes bomo nadalje raziskali posledice 3D-tiskanja, izzive, koristi in morebitna vprašanja tega revolucionarnega novega izdelka. V naslednjih nekaj letih naj bi se povpraševanje po biotiskih le še povečalo.

Osnove: Kaj je 3D-tiskanje?

Morda boste slišali postopek 3D tiskanih organov, opisan kot 3D biotisk, pri čemer se končni izdelki (organi) imenujejo inženirski organi. Skratka, postopek biotiska je podoben mnogim postopkom izdelave aditivov, ki jih poznate. Vendar v tem primeru postopek aditivne proizvodnje vključuje kombinacijo celic in rastnih faktorjev, da se ustvari tkivu podobna struktura in sčasoma organi. Pomislite na svoj standardni tiskalnik FDM. Obstaja velika verjetnost, da ga imate zdaj na namizju ali ste ga že videli v akciji. Postopek je zelo podoben.

Ko želite nekaj natisniti v 3D, morate najprej ustvariti digitalni model, ki se nato plast za plastjo natisne v fizični 3D objekt s pomočjo termoplastike. Bioprinting deluje podobno, saj raziskovalci ustvarijo model tkiva, ki ga želijo ustvariti, čemur sledi postopek tiskanja, ki je zadnji objektni sloj za plastjo. Ker pa tiskalniki uporabljajo sterilne celice, je treba ločljivost tiskanja (višina sloja) in strukturo matrice za tisk ustrezno pripraviti.

Če ga razčlenimo še naprej in je zelo podoben pred in postprodukciji tiska SLA, raziskovalci sprejmejo posebne korake, da zagotovijo pravilno tiskanje organov. Najprej in najpomembneje je, da med predprodukcijsko fazo medicinski strokovnjaki ustvarijo digitalni model za tisk z uporabo tehnologij, kot so računalniška tomografija in slikanje z magnetno resonanco. Nato tiskalnike pred tiskanjem pripravimo in steriliziramo kot sredstvo za optimizacijo sposobnosti preživetja celic.

Nato se model pošlje v tiskalnik. Namesto da bi uporabili termoplastiko, raziskovalci uporabljajo bioink za tiskanje svojih struktur. Črnilo Bioink je iztisnjeno plast za plastjo s povprečno debelino približno 0,5 mm ali manj. Kljub temu pa je bioink tako kot žarilna nitka nameščen v tiskalno kartušo in uporabljen za ustvarjanje fizičnega 3D modela. Nazadnje, v fazi postprodukcije, potem ko je tisk končan, raziskovalci mehansko in kemično stimulirajo del, da zagotovijo ustvarjanje stabilnih struktur. Postopku strjevanja organa običajno pomagajo UV svetloba, posebne kemikalije ali celo občasno toplota.

Bioink je "filament", ki se uporablja v bioprinterjih

Kot je bilo omenjeno zgoraj, se Bioink uporablja za ustvarjanje umetnih tkiv, oblikovanih med 3D-tiskanjem. Zaradi različnih lastnosti je Bioink edinstveno idealen za natančne naloge. Ob nadaljnjem pregledu bi ugotovili, da je ta bioink sestavljen iz celic in nosilnega materiala, ki je običajno biopolimerni gel.

Čeprav je bioinke mogoče v celoti izdelati iz celic, je ta biopolimerni gel potreben, da zadrži celice na mestu, kar jim omogoča rast, širjenje in celo razmnoževanje ter zaščito celic med postopkom 3D tiskanja. Brez tega biopolimernega gela bi bil postopek 3D tiskanja na tkivo veliko težji.

Pri tiskanju s tiskalnikom FDM se šoba, ki se uporablja za postopek tiskanja, segreje na visoke temperature, da se plastika stopi in ustvari predvideni del. Pri uporabi 3D bioprinterja je postopek enak in znova poudarja pomen polimera. Ko bioink prehaja skozi šobo tiskalnika, toplota ne sme "kuhati" celice.

Biopolimerni gel preprečuje, da bi se celice med tiskanjem preveč segrele. Še bolj pa v tem istem postopku viskoelastične lastnosti gela preprečujejo, da bi se celice poškodovale med postopkom iztiskanja iz šobe med tiskanjem.

Če se sprašujete, kaj vse bi še lahko našli v mini celični juhi bioinks, imate danes srečo. Kot je navedla ekipa pri All3DP, "... bioinki se zanašajo na kombinacijo več polimerov, da bi dosegli nekakšno srednjo pot, kjer se spoštujejo kemijske, fizikalne in biološke omejitve." Običajno lahko Bioink vsebuje karkoli, od hialuronske kisline do kolagena, alginata, celuloze in celo svile.

So ljudje že natisnili orgle 3D?

Kratek odgovor, ja. Leta 2017 je skupina inženirjev z Univerze za znanost in tehnologijo Pohang razvila in 3D natisnila tisto, kar so poimenovali kot "bio-krvne žile", tako da so uporabili materiale iz človeškega telesa kot predlogo za postopek. Krvna žila je delovala lepo, brez težav. Medtem ko so raziskovalci z univerze Harvard le leto prej razvili novo vrsto bioinka posebej za ledvice, ki skupini raziskovalcev omogoča, da ustvarijo ključne funkcionalne dele ledvic.

Medtem ko je ekipa iz zagonskega podjetja Organovo iz San Diega že pokazala, da lahko natisne obliže človeških jeter in jih vsadi miši. Vendar se cilji ekipe Organovo pri tem ne ustavijo. Kot je bilo omenjeno na njihovi spletni strani, »uvajamo edinstven nabor terapevtskih zmogljivosti in profilov zdravil, ki temeljijo na naši revolucionarni zmožnosti 3D sd biotiskanih tkiv, ki posnemajo ključne vidike človeške biologije in bolezni. Prizadevamo si spremeniti obraz medicine s kliničnim razvojem terapij regenerativne medicine za zdravljenje bolezni in z omogočanjem translacijskega odkrivanja zdravil. "

Preskusi presaditev jeter na ljudeh bi se lahko začeli že letos. Ideja biotiska človeških organov ni več daleč od znanstveno fantastične ideje. Raziskovalci iz zasebnih podjetij in vodilnih univerz so natisnili ušesa, pljuča in celo srce.

Tehnologija biotiska še zdaleč ni popolna

Da, bilo je več uspešnih prizadevanj pri ustvarjanju inženirskih tkiv in organov. Vendar pa ima tehnologija še vedno veliko poti, preden je popolnoma prilagojena v bolnišnicah v vaši bližini. Obstaja nekaj očitnih ovir, ki jih moramo premagati.

Prvič, biotiskanje mora postati hitrejše in sposobno proizvajati tkiva z višjo ločljivostjo. Če bi lahko 3D tiskali organ v nekaj urah ali minutah, bi bilo 3D-tiskanje veliko bolj komercialno privlačno. Medtem ko bi višja ločljivost omogočala boljšo interakcijo in nadzor v 3D-okolju 3D.

Drugič, potrebujemo več biomateriala. Trenutno je to kot tiskanje z nekaj filamenti. Tako kot pri tiskalniku FDM ali celo SLA uporabljate različne materiale za tiskanje za reševanje različnih nalog.

Enako velja za svet bioinkov in zapletene in različne vrste zdravljenja z medicinskimi tkivi, ki jih morda potrebujejo ljudje. Kljub temu je tehnologija vznemirljiva in, kot je omenjeno zgoraj, bi lahko v kratkem rešila milijone življenj. Naraščajoča konkurenca v zasebnem sektorju bi lahko pripomogla k hitrim inovacijam, potrebnim za izvedbo 3D tiskanja.

Kaj menite o svetu 3D-tiskanja? Ali bo ta tehnologija revolucionirala zdravstveno industrijo?


Poglej si posnetek: How to stay calm when you know youll be stressed. Daniel Levitin (September 2022).