3D technológie

Svet sci-fi 3D tlačených orgánov

Svet sci-fi 3D tlačených orgánov


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.

Vráťte sa späť k tomu pomocou 3D tlače. Ako sme už spomenuli v predchádzajúcich článkoch o aditívnej výrobe, 3D tlač bude mať dopad na takmer každé významné odvetvie na svete vrátane zdravotnej starostlivosti. Už sme videli, ako môže byť 3D tlač prospešná pre zdravotníctvo s nedávnou pandémiou koronavírusu.

Popredné spoločnosti v oblasti 3D tlače ako Carbon, Prusa Research a Formlabs tlačia tvárové štíty, masky a kľúčové nemocničné nástroje pre zdravotníckych pracovníkov. Celková komunita 3D tlače usilovne pracovala na zmiernení tlaku na dodávateľské reťazce a vlády.

3D tlač je prísľubom zmeny v zdravotníctve tak, aby sa pacientom lepšie ponúkali veci, ako sú inteligentnejšie lieky a hyperprotetika prispôsobená zákazníkom. Avšak ako niečo z filmu Dark Man z roku 1990, mohlo by sa stať, že by lekári bežne tlačili orgány na liečbu pacientov. V skutočnosti sa to už deje. Vedci z rôznych popredných univerzít majú 3D tlačené hlavné fungujúce ľudské orgány. V súčasnosti je na celom svete, najmä v Spojených štátoch, nedostatok orgánov dôležitým problémom v oblasti zdravia.

3D tlačené orgány by mohli zachrániť životy ľudí

Vzhľadom na obrovský dopyt po orgánoch sa odhaduje, že900,000 úmrtiam každý rok by sa dalo zabrániť použitím umelých orgánov. V súčasnosti v Spojených štátoch existujú 113,000 mužov, žien a detí na zozname čakateľov na národné transplantácie od júla 2019. Je smutné, že v priemere20 ľudí zomiera každý deň čakania na transplantáciu, zatiaľ čo každých 10 minút sa do zoznamu čakateľov pridá nová osoba. 3D tlačené orgány sú životaschopným riešením. Ba čo viac, tieto upravené orgány idú oveľa ďalej ako sú ich praktické výhody, pretože tieto nové upravené orgány sú veľmi nákladovo efektívne.

Napríklad podľa Národnej nadácie pre transplantácie môže štandardná transplantácia obličky stáť v priemere viac ako $300,000, zatiaľ čo 3D biotlačiareň, tlačiareň, ktorá sa používa na vytváranie 3D tlačených orgánov, môže stáť len málo $10,000 s očakávaným poklesom nákladov v súvislosti s vývojom technológie v priebehu nasledujúcich pár rokov. Lekári a vedci sú nadšení z prichádzajúceho veku orgánov s 3D tlačením.

Dnes budeme ďalej skúmať dôsledky 3D biotlače, výzvy, výhody a potenciálne problémy tohto revolučného nového produktu. Očakáva sa, že v priebehu nasledujúcich pár rokov sa bude dopyt po biotlači iba zvyšovať.

Základy: Čo je to 3D biotlač?

Môžete počuť proces 3D tlačených orgánov opísaných ako 3D biotlač, pričom konečné produkty (orgány) sa nazývajú upravené orgány. Stručne povedané, proces Bioprintingu je podobný mnohým aditívnym výrobným procesom, ktoré poznáte. Avšak v tomto prípade, pri aditívnej výrobe, proces zahŕňa kombináciu buniek a rastových faktorov na vytvorenie tkanivovej štruktúry a prípadne orgánov. Myslite na svoju štandardnú tlačiareň FDM. Je pravdepodobné, že nejaký práve máte na pracovnej ploche alebo ste ho videli v akcii. Proces je veľmi podobný.

Ak chcete niečo 3D vytlačiť, musíte najskôr vytvoriť digitálny model, ktorý sa následne vrstva po vrstve vytlačí do fyzického 3D objektu pomocou termoplastu. Podobne funguje aj biotlač, pri ktorej vedci vytvárajú model tkaniva, ktoré chcú vytvoriť, a nasleduje proces tlače, ktorý je finálnym objektom vrstvu po vrstve. Pretože však tlačiarne používajú sterilné bunky, je potrebné na tlač správne pripraviť rozlíšenie tlače (výšku vrstvy) a štruktúru matice.

Ak to ďalej rozoberieme a veľmi sa podobáme na pred a po produkciu tlače SLA, existujú určité kroky, ktoré vedci podniknú na zabezpečenie správnej tlače orgánov. Najdôležitejšie je, že počas fázy predvýroby vytvárajú zdravotnícki pracovníci digitálny model pre svoju tlač pomocou technológií, ako sú skenovanie pomocou počítačovej tomografie a skenovanie pomocou magnetickej rezonancie. Tlačiarne sa potom pripravia a pred tlačou sterilizujú ako prostriedok na optimalizáciu životaschopnosti buniek.

Ďalej sa model odošle do tlačiarne. Namiesto použitia termoplastu používajú vedci na potlačenie svojich štruktúr bioink. Atrament Bioink je extrudovaný vrstvu po vrstve s priemernou hrúbkou asi 0,5 mm alebo menej. Napriek tomu je bioink rovnako ako vlákno vložený do náplne do tlačiarne a slúži na vytvorenie fyzického 3D modelu. Nakoniec vo fáze postprodukcie, po dokončení tlače, vedci mechanicky a chemicky stimulujú túto časť, aby zabezpečili vytvorenie stabilných štruktúr. Procesu tuhnutia orgánu obvykle pomáha UV svetlo, špecifické chemikálie alebo dokonca občasné teplo.

Bioink je „vlákno“ používané v biotlačiarňach

Ako už bolo spomenuté vyššie, Bioink sa používa na vytváranie umelých tkanív modelovaných počas procesu 3D biotlače. Vďaka mnohým rôznym vlastnostiam je Bioink jedinečne dokonalý pre presnú úlohu. Pri ďalšej kontrole by ste si uvedomili, že tento bioink je tvorený bunkami a nosným materiálom, ktorým je zvyčajne biopolymérny gél.

Aj keď bioinksy môžu byť úplne vyrobené z buniek, tento biopolymérny gél je potrebný na udržanie buniek na mieste, čo im umožňuje rásť, rozširovať sa a dokonca sa množiť, a chrániť tak bunky počas procesu 3D tlače. Bez tohto biopolymérneho gélu by bol proces tkanív na 3D tlač oveľa ťažší.

Pri tlači na FDM tlačiarni sa tryska použitá pri procese tlače zahreje na vysoké teploty, aby sa plast roztavil a vznikla zamýšľaná súčasť. Pri použití 3D biotlačiarne je postup rovnaký a opäť zdôrazňuje dôležitosť polyméru. Keď bioink prechádza tryskou tlačiarne, teplo nesmie bunku „uvariť“.

Biopolymérny gél chráni bunky pred prehriatím počas procesu tlače. Ešte viac počas toho istého procesu viskoelastické vlastnosti gélu pomáhajú predchádzať poškodeniu buniek počas procesu vytláčania z dýzy počas tlače.

Teraz, ak vás zaujíma, čo ešte môžete nájsť v mini bunkovej polievke z bioinkov, dnes máte šťastie. Ako uviedol tím na serveri All3DP, „... bioinks sa spoliehajú na kombináciu niekoľkých polymérov, aby dosiahli určitý druh kompromisu, pri ktorom sú rešpektované chemické, fyzikálne a biologické obmedzenia.“ Bioink môže typicky obsahovať čokoľvek od kyseliny hyalurónovej po kolagén, alginát, celulózu a dokonca aj hodváb.

Majú ľudia už 3D tlačené orgány?

Krátka odpoveď, áno. V roku 2017 tím inžinierov z Pohangskej univerzity vedy a techniky vyvinul a 3D vytlačil to, čo nazvali „bio-krvné cievy“, s využitím materiálov z ľudského tela ako šablóny pre tento proces. Ciev fungoval nádherne bez akýchkoľvek problémov. Zatiaľ čo vedci z Harvardovej univerzity len o rok skôr vyvinuli nový typ bioinkov špeciálne pre obličky, ktorý umožnil tímu vedcov vytvárať kľúčové funkčné časti obličiek.

Zatiaľ čo tím z bioprotlačového startupu Organovo v San Diegu už pokračoval v demonštrácii, že dokáže tlačiť ľudské pečeňové náplasti a implantovať ich do myší. Tým však ciele tímu Organovo nekončia. Ako bolo uvedené na ich webovej stránke: „Sme priekopníkom jedinečnej sady terapeutických schopností a schopností profilovania liekov založených na našej revolučnej schopnosti 3D sd tkanív bioprintu, ktoré napodobňujú kľúčové aspekty ľudskej biológie a chorôb. Snažíme sa zmeniť tvár medicíny prostredníctvom klinického vývoja terapií regeneratívnej medicíny na liečenie chorôb a umožnením translačného objavovania liekov. “

Testy na transplantáciu pečene u ľudí by sa mohli začať už tento rok. Myšlienka biologickej tlače ľudských orgánov už nie je nijakou vzdialenou myšlienkou sci-fi. Vedci zo súkromných spoločností a popredných univerzít majú vytlačené uši, pľúca a dokonca aj srdce.

Technológia biotlače nie je ani zďaleka dokonalá

Áno, pri vytváraní upravených tkanív a orgánov došlo k niekoľkým úspešným snahám. Táto technológia má však ešte stále čo hľadať, kým sa úplne prispôsobí v nemocniciach vo vašej blízkosti. Existuje niekoľko zjavných prekážok, ktoré musíme prekonať.

Najskôr je potrebné, aby sa biotlač stala rýchlejšou a aby bola schopná produkovať tkanivá pri vyššom rozlíšení. Vďaka schopnosti 3D tlače orgánu v priebehu niekoľkých hodín alebo minút by mohla byť 3D biotlač oveľa komerčne atraktívnejšia. Zatiaľ čo vyššie rozlíšenie by umožnilo lepšiu interakciu a kontrolu v 3D mikroprostredí.

Po druhé, potrebujeme viac biomateriálu. Momentálne je to ako tlač iba s niekoľkými vláknami. Rovnako ako u tlačiarní FDM alebo SLA, aj pri rôznych úlohách používate rôzne tlačové materiály.

To isté platí pre svet bioink a komplexné a rôzne typy lekárskych ošetrení tkanív, ktoré ľudia môžu potrebovať. Táto technológia je napriek tomu vzrušujúca a ako už bolo spomenuté, v krátkom čase by mohla zachrániť milióny životov. Rastúca konkurencia v súkromnom sektore by mohla pomôcť priniesť rýchle inovácie potrebné na zabezpečenie životaschopnosti 3D tlače.

Čo si myslíte o svete 3D biotlače? Bude táto technológia znamenať revolúciu v zdravotníctve?


Pozri si video: Sci-Fi Short Film: The Last. DUST (Júl 2022).


Komentáre:

  1. Elder

    neodmietol by som,

  2. Abida

    What the right phrase ... super, brilliant idea

  3. Sewald

    Prepáč, ale myslím, že sa mýliš. Môžem to dokázať. Napíšte mi na PM, porozprávame sa.

  4. Lippo

    Táto téma je proste úžasná :), veľmi ma zaujíma)))

  5. Senen

    Myslím, že sa mýlite. Som si istý. Pošlite mi e -mail na pm.

  6. Wadanhyll

    Prepáčte, pomyslel som si a myšlienka mi odišla



Napíšte správu