3D τεχνολογίες

Ο κόσμος της επιστημονικής φαντασίας των τρισδιάστατων τυπωμένων οργάνων

Ο κόσμος της επιστημονικής φαντασίας των τρισδιάστατων τυπωμένων οργάνων


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.

Επιστρέψτε ξανά με την εκτύπωση 3D. Όπως έχουμε αναφέρει σε προηγούμενα άρθρα σχετικά με την κατασκευή προσθέτων, η τρισδιάστατη εκτύπωση θα επηρεάσει σχεδόν κάθε μεγάλη βιομηχανία σε όλο τον κόσμο, συμπεριλαμβανομένης της υγειονομικής περίθαλψης. Έχουμε ήδη δει πώς η τρισδιάστατη εκτύπωση θα μπορούσε να ωφελήσει τη βιομηχανία υγειονομικής περίθαλψης με την πρόσφατη πανδημία κοραναϊού.

Κορυφαίες εταιρείες εκτύπωσης 3D όπως η Carbon, η Prusa Research και η Formlabs εκτυπώνουν ασπίδες προσώπου, μάσκες και κρίσιμα νοσοκομειακά εργαλεία για επαγγελματίες υγείας. Η συνολική τρισδιάστατη κοινότητα εκτύπωσης έχει εργαστεί σκληρά για να μειώσει την πίεση στις αλυσίδες εφοδιασμού και τις κυβερνήσεις.

Η τρισδιάστατη εκτύπωση έχει την υπόσχεση να αλλάξει τη βιομηχανία υγειονομικής περίθαλψης για την καλύτερη προσφορά στους ασθενείς, όπως πιο έξυπνα φάρμακα και υπερπροσαρμοσμένα προσθετικά. Ωστόσο, όπως κάτι από την ταινία Dark Man του 1990, μπορεί να γίνει συνηθισμένο για τους γιατρούς να εκτυπώνουν όργανα για τη θεραπεία ασθενών. Στην πραγματικότητα, συμβαίνει ήδη. Ερευνητές από διάφορα κορυφαία πανεπιστήμια έχουν τρισδιάστατα τυπωμένα μείζονα λειτουργικά ανθρώπινα όργανα. Επί του παρόντος, σε όλο τον κόσμο, και ειδικά στις Ηνωμένες Πολιτείες, η έλλειψη οργάνων αποτελεί μείζον αυξανόμενο πρόβλημα υγείας.

Τα 3D τυπωμένα όργανα θα μπορούσαν να σώσουν τη ζωή των ανθρώπων

Λόγω της τεράστιας ζήτησης για όργανα, εκτιμάται ότι900,000 οι θάνατοι κάθε χρόνο θα μπορούσαν να προληφθούν χρησιμοποιώντας μηχανικά όργανα. Επί του παρόντος, στις Ηνωμένες Πολιτείες, υπάρχουν 113,000 άνδρες, γυναίκες και παιδιά στη λίστα αναμονής για μεταμόσχευση από τον Ιούλιο του 2019. Δυστυχώς, κατά μέσο όρο,20 άνθρωποι πεθαίνουν κάθε μέρα περιμένει μεταμόσχευση, ενώ κάθε 10 λεπτά ένα νέο άτομο προστίθεται στη λίστα αναμονής. Τα τρισδιάστατα τυπωμένα όργανα είναι μια βιώσιμη λύση. Ακόμη περισσότερο, αυτά τα μηχανικά όργανα υπερβαίνουν τα πρακτικά οφέλη του, καθώς αυτά τα νέα μηχανικά όργανα είναι πολύ οικονομικά αποδοτικά.

Για παράδειγμα, σύμφωνα με το Εθνικό Ίδρυμα Μεταμοσχεύσεων, μια τυπική μεταμόσχευση νεφρού μπορεί κατά μέσο όρο να κοστίζει πάνω από $300,000, ενώ ένας τρισδιάστατος βιογραφικός εκτυπωτής, ο εκτυπωτής που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία τρισδιάστατων τυπωμένων οργάνων, μπορεί να κοστίσει μόλις $10,000 με το κόστος να αναμένεται να μειωθεί καθώς η τεχνολογία εξελίσσεται τα επόμενα δύο χρόνια. Ιατροί επαγγελματίες και ερευνητές είναι ενθουσιασμένοι για την επόμενη εποχή των τρισδιάστατων τυπωμένων οργάνων.

Σήμερα πρόκειται να διερευνήσουμε περαιτέρω τις επιπτώσεις της τρισδιάστατης βιολογικής εκτύπωσης, τις προκλήσεις, τα οφέλη και τα πιθανά ζητήματα αυτού του επαναστατικού νέου προϊόντος. Κατά τα επόμενα δύο χρόνια, η ζήτηση για βιοτυπία αναμένεται να αυξηθεί μόνο.

Τα βασικά: Τι είναι το 3D Bioprinting;

Μπορεί να ακούσετε τη διαδικασία τρισδιάστατων εκτυπωμένων οργάνων που περιγράφονται ως τρισδιάστατα βιοτυπώματα, με τα τελικά προϊόντα (όργανα) να ονομάζονται μηχανικά όργανα. Εν ολίγοις, η διαδικασία βιοτύπωσης είναι παρόμοια με πολλές από τις διαδικασίες παραγωγής πρόσθετων με τις οποίες γνωρίζετε. Ωστόσο, σε αυτήν την περίπτωση, η κατασκευή προσθέτων, η διαδικασία περιλαμβάνει συνδυασμό κυττάρων και αυξητικών παραγόντων για τη δημιουργία δομής τύπου ιστού και τελικά οργάνων. Σκεφτείτε τον τυπικό σας εκτυπωτή FDM. Οι πιθανότητες είναι, έχετε ένα στην επιφάνεια εργασίας σας αυτήν τη στιγμή ή έχετε δει ένα σε δράση. Η διαδικασία είναι πολύ παρόμοια.

Όταν θέλετε να εκτυπώσετε 3D κάτι, το πρώτο πράγμα που πρέπει να κάνετε είναι να δημιουργήσετε ένα ψηφιακό μοντέλο, το οποίο στη συνέχεια εκτυπώνεται σε φυσικό αντικείμενο 3D χρησιμοποιώντας θερμοπλαστικό, στρώμα προς στρώμα. Η βιολογική εκτύπωση λειτουργεί παρόμοια, με τους ερευνητές να δημιουργούν ένα μοντέλο του ιστού που θέλουν να δημιουργήσουν ακολουθούμενο από τη διαδικασία εκτύπωσης που είναι το τελικό στρώμα αντικειμένου ανά στρώμα. Ωστόσο, επειδή οι εκτυπωτές χρησιμοποιούν αποστειρωμένα κελιά, η ανάλυση της εκτύπωσης (ύψος στρώματος) και η δομή της μήτρας πρέπει να προετοιμαστούν κατάλληλα για την εκτύπωση.

Αναλύοντας περαιτέρω, μοιάζοντας πολύ με την προ και μετά την παραγωγή εκτύπωσης SLA, υπάρχουν συγκεκριμένα βήματα που λαμβάνουν οι ερευνητές για να διασφαλίσουν ότι τα όργανα τυπώνονται σωστά. Πρώτα απ 'όλα, κατά τη φάση της προπαραγωγής, οι επαγγελματίες του ιατρικού τομέα δημιουργούν το ψηφιακό μοντέλο για την εκτύπωσή τους χρησιμοποιώντας τεχνολογίες όπως σάρωση υπολογιστικής τομογραφίας και σαρώσεις μαγνητικής τομογραφίας. Οι εκτυπωτές στη συνέχεια προετοιμάζονται και αποστειρώνονται πριν από την εκτύπωση ως μέσο βελτιστοποίησης της βιωσιμότητας των κυττάρων.

Στη συνέχεια, το μοντέλο αποστέλλεται στον εκτυπωτή. Αντί να χρησιμοποιούν θερμοπλαστικό, οι ερευνητές χρησιμοποιούν βιοσύνδεση για να εκτυπώσουν τις δομές τους. Το μελάνι Bioink εξωθείται στρώμα προς στρώση με μέσο πάχος περίπου 0,5 mm ή λιγότερο. Ωστόσο, ακριβώς όπως ένα νήμα, το bioink τοποθετείται σε μια κασέτα εκτυπωτή και χρησιμοποιείται για τη δημιουργία του φυσικού 3D μοντέλου. Τέλος, κατά τη φάση μετά την παραγωγή, μετά την ολοκλήρωση της εκτύπωσης, οι ερευνητές διεγείρουν μηχανικά και χημικά το μέρος για να διασφαλίσουν τη δημιουργία σταθερών δομών. Η διαδικασία στερεοποίησης του οργάνου συνήθως υποβοηθείται από υπεριώδες φως, συγκεκριμένες χημικές ουσίες ή ακόμη και περιστασιακά θερμότητα.

Το Bioink είναι το "νήμα" που χρησιμοποιείται στους βιογραφικούς εκτυπωτές

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, το Bioink χρησιμοποιείται για τη δημιουργία τεχνητών ιστών που μοντελοποιούνται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας 3D εκτύπωσης. Πολλές διαφορετικές ιδιότητες κάνουν το Bioink μοναδικά τέλειο για την ακριβή εργασία που έχετε. Μετά από περαιτέρω επιθεώρηση, θα συνειδητοποιήσετε ότι αυτός ο βιοσυνδέτης αποτελείται από κύτταρα και ένα υλικό φορέα, το οποίο συνήθως είναι ένα τζελ βιοπολυμερούς.

Αν και οι βιοσυνδέσεις μπορούν να κατασκευαστούν εντελώς από κύτταρα, αυτό το πήκτωμα βιοπολυμερούς είναι απαραίτητο για τη συγκράτηση των κυττάρων στη θέση του, επιτρέποντάς τους να αναπτυχθούν, να εξαπλωθούν και ακόμη και να πολλαπλασιαστούν, προστατεύοντας τα κύτταρα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εκτύπωσης 3D. Χωρίς αυτό το πήκτωμα βιοπολυμερούς, η διαδικασία τρισδιάστατου χαρτιού εκτύπωσης θα ήταν πολύ πιο δύσκολη.

Όταν εκτυπώνεται χρησιμοποιώντας εκτυπωτή FDM, το ακροφύσιο που χρησιμοποιείται για τη διαδικασία εκτύπωσης θερμαίνεται σε υψηλές θερμοκρασίες για να λιώσει το πλαστικό και να δημιουργήσει το προβλεπόμενο μέρος. Όταν χρησιμοποιείτε το τρισδιάστατο βιοπρότυπο, η διαδικασία είναι η ίδια και υπογραμμίζει και πάλι τη σημασία του πολυμερούς. Καθώς η βιοσύνδεση διέρχεται από το ακροφύσιο ενός εκτυπωτή, η θερμότητα δεν πρέπει να «μαγειρεύει» το κελί.

Το τζελ βιοπολυμερούς διατηρεί τα κύτταρα πολύ ζεστά κατά τη διαδικασία εκτύπωσης. Ακόμη περισσότερο κατά τη διάρκεια αυτής της ίδιας διαδικασίας, οι ιξωδοελαστικές ιδιότητες του πηκτώματος αποτρέπουν την καταστροφή των κυττάρων κατά τη διαδικασία εξώθησης από το ακροφύσιο κατά την εκτύπωση.

Τώρα, αν αναρωτιέστε τι άλλο μπορεί να βρείτε στη μίνι κυτταρική σούπα βιολογικών συνδέσμων, σήμερα είστε τυχεροί. Όπως δήλωσε η ομάδα στο All3DP, «... οι βιοσυνδέσεις βασίζονται σε έναν συνδυασμό πολλών πολυμερών για να επιτύχουν κάποιο είδος μέσου εδάφους όπου τηρούνται οι χημικοί, φυσικοί και βιολογικοί περιορισμοί». Συνήθως, το Bioink μπορεί να περιλαμβάνει οτιδήποτε, από υαλουρονικό οξύ έως κολλαγόνο, αλγινικό, κυτταρίνη, ακόμη και μετάξι.

Έχουν ακόμη εκτυπωμένα όργανα 3D άτομα;

Η σύντομη απάντηση, ναι. Το 2017, μια ομάδα μηχανικών από το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας του Pohang ανέπτυξε και τρισδιάστατα εκτύπωσε αυτό που το ονόμασαν «βιο-αιμοφόρα αγγεία» χρησιμοποιώντας υλικά από το ανθρώπινο σώμα ως πρότυπο για τη διαδικασία. Το αιμοφόρο αγγείο λειτούργησε όμορφα χωρίς καθόλου προβλήματα. Ενώ ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ, μόλις ένα χρόνο νωρίτερα ανέπτυξαν έναν νέο τύπο βιοσύνδεσης ειδικά για νεφρά, επιτρέποντας στην ομάδα ερευνητών να δημιουργήσουν κρίσιμα λειτουργικά μέρη του νεφρού.

Ενώ μια ομάδα από την εκκίνηση βιολογικής εκτύπωσης Organovo, στο Σαν Ντιέγκο, έχει ήδη δείξει ότι μπορεί να εκτυπώσει επιθέματα ανθρώπινου ήπατος και να τα εμφυτεύσει σε ποντίκια. Ωστόσο, οι στόχοι της ομάδας του Organovo δεν σταματούν εκεί. Όπως αναφέρθηκε στον ιστότοπό τους, «Πρωτοπορούμε ένα μοναδικό σύνολο θεραπευτικών και φαρμακευτικών χαρακτηριστικών που βασίζονται στην επαναστατική μας ικανότητα σε τρισδιάστατους ιστούς βιοτύπων που μιμούνται βασικές πτυχές της ανθρώπινης βιολογίας και των ασθενειών. Προσπαθούμε να αλλάξουμε το πρόσωπο του φαρμάκου μέσω της κλινικής ανάπτυξης αναγεννητικών ιατρικών θεραπειών για τη θεραπεία ασθενειών και επιτρέποντας τη μεταφραστική ανακάλυψη φαρμάκων. "

Οι δοκιμές σε ανθρώπους για μεταμοσχεύσεις ήπατος θα μπορούσαν να ξεκινήσουν ήδη από το τρέχον έτος. Η ιδέα της βιολογικής εκτύπωσης ανθρώπινων οργάνων δεν είναι πλέον μια μακρινή ιδέα επιστημονικής φαντασίας. Ερευνητές από ιδιωτικές εταιρείες και κορυφαία πανεπιστήμια έχουν τυπωμένα αυτιά, πνεύμονες, ακόμη και μια καρδιά.

Η τεχνολογία βιοτύπωσης απέχει πολύ από την τέλεια

Ναι, υπήρξαν πολλές επιτυχημένες προσπάθειες για τη δημιουργία μηχανικών ιστών και οργάνων. Ωστόσο, η τεχνολογία έχει ακόμα τρόπους να προχωρήσει προτού προσαρμοστεί πλήρως σε νοσοκομεία κοντά σας. Υπάρχουν ορισμένα προφανή εμπόδια που πρέπει να ξεπεράσουμε.

Πρώτον, η βιοεκτύπωση πρέπει να γίνει ταχύτερη και να είναι σε θέση να παράγει ιστούς σε υψηλότερη ανάλυση. Η δυνατότητα τρισδιάστατης εκτύπωσης ενός οργάνου σε λίγες ώρες ή λεπτά θα μπορούσε να κάνει την τρισδιάστατη βιολογική εκτύπωση πολύ πιο ελκυστική στο εμπόριο. Ενώ η υψηλότερη ανάλυση θα επέτρεπε καλύτερη αλληλεπίδραση και έλεγχο στο τρισδιάστατο μικροπεριβάλλον.

Δεύτερον, χρειαζόμαστε περισσότερα βιοϋλικά. Προς το παρόν, είναι σαν να εκτυπώνετε με λίγα μόνο νήματα. Όπως και με έναν εκτυπωτή FDM ή ακόμα και SLA, χρησιμοποιείτε διαφορετικά υλικά εκτύπωσης για την αντιμετώπιση διαφορετικών εργασιών.

Το ίδιο ισχύει και για τον κόσμο του βιοσυνδέσμου και για τα πολύπλοκα και διάφορα είδη ιατρικών ιστών που μπορεί να χρειάζονται οι άνθρωποι. Ωστόσο, η τεχνολογία είναι συναρπαστική και όπως αναφέρθηκε παραπάνω, θα μπορούσε να σώσει εκατομμύρια ζωές σύντομα. Ο αυξανόμενος ανταγωνισμός στον ιδιωτικό τομέα θα μπορούσε να συμβάλει στη γρήγορη καινοτομία που απαιτείται για να καταστεί δυνατή η εκτύπωση 3D.

Τι πιστεύετε για τον κόσμο της 3D εκτύπωσης; Αυτή η τεχνολογία θα φέρει επανάσταση στη βιομηχανία υγειονομικής περίθαλψης;


Δες το βίντεο: Meteor 1979 Sci Fi Ελληνικοι υποτιτλοι (Οκτώβριος 2022).