Περιεχόμενο
- Μετασχηματισμός ιατρικής με τρισδιάστατους εκτυπωτές
- Πώς λειτουργεί ένας εκτυπωτής 3D;
- Κάνοντας ένα αυτί
- Διαφορά μεταξύ ενός καλουπιού και ενός ικριώματος
- Πιθανά οφέλη των τυπωμένων αυτιών
- Εκτύπωση κάτω γνάθου
- Προσθετικά και εμφυτεύσιμα είδη
- Περισσότερα παραδείγματα
- Βιοτυπία με ζωντανά κύτταρα: Ένα πιθανό μέλλον
- Αντικατάσταση οργάνου και ιστού
- Μερικές επιτυχίες βιοτύπωσης
- Εκτύπωση μερών της καρδιάς
- Δημιουργία κερατοειδούς
- Οφέλη από Mini Organs, Organoids ή Organs on a Chip
- Μια δομή που μιμείται τον πνεύμονα
- Μερικές προκλήσεις για τη βιολογική εκτύπωση
- βιβλιογραφικές αναφορές
Η Λίντα Κράμπτον δίδαξε επιστήμη και τεχνολογία πληροφοριών σε μαθητές γυμνασίου για πολλά χρόνια. Της αρέσει να μαθαίνει για τη νέα τεχνολογία.
Μετασχηματισμός ιατρικής με τρισδιάστατους εκτυπωτές
Η τρισδιάστατη εκτύπωση είναι μια συναρπαστική πτυχή της τεχνολογίας που έχει πολλές χρήσιμες εφαρμογές. Μια συναρπαστική και δυνητικά πολύ σημαντική εφαρμογή τρισδιάστατων εκτυπωτών είναι η δημιουργία υλικών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην ιατρική. Αυτά τα υλικά περιλαμβάνουν εμφυτεύσιμα ιατρικά βοηθήματα, τεχνητά μέρη σώματος ή προσθετικά και προσαρμοσμένα ιατρικά εργαλεία. Περιλαμβάνουν επίσης τυπωμένα επιθέματα ζώντων ανθρώπινων ιστών καθώς και μίνι όργανα. Στο μέλλον, τα εμφυτεύσιμα όργανα μπορεί να εκτυπωθούν.
Οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές έχουν τη δυνατότητα εκτύπωσης συμπαγών τρισδιάστατων αντικειμένων με βάση ένα ψηφιακό μοντέλο που είναι αποθηκευμένο στη μνήμη ενός υπολογιστή. Ένα κοινό μέσο εκτύπωσης είναι υγρό πλαστικό που στερεοποιείται μετά την εκτύπωση, αλλά υπάρχουν και άλλα μέσα. Αυτές περιλαμβάνουν μέταλλο σε σκόνη και "μελάνια" που περιέχουν ζωντανά κύτταρα.
Η ικανότητα των εκτυπωτών να παράγουν υλικά που είναι συμβατά με το ανθρώπινο σώμα βελτιώνεται γρήγορα. Μερικά από τα υλικά χρησιμοποιούνται ήδη στην ιατρική, ενώ άλλα βρίσκονται ακόμη στο πειραματικό στάδιο. Πολλοί ερευνητές συμμετέχουν στην έρευνα. Η τρισδιάστατη εκτύπωση έχει τη δελεαστική δυνατότητα να μεταμορφώσει την ιατρική περίθαλψη.
Πώς λειτουργεί ένας εκτυπωτής 3D;
Το πρώτο βήμα στη δημιουργία ενός τρισδιάστατου αντικειμένου από έναν εκτυπωτή είναι ο σχεδιασμός του αντικειμένου. Αυτό γίνεται σε ένα πρόγραμμα CAD (Computer-Aided Design). Μόλις ολοκληρωθεί ο σχεδιασμός, ένα άλλο πρόγραμμα δημιουργεί οδηγίες για την παραγωγή του αντικειμένου σε μια σειρά επιπέδων. Αυτό το δεύτερο πρόγραμμα είναι μερικές φορές γνωστό ως πρόγραμμα slicing ή ως λογισμικό slicer, καθώς μετατρέπει τον κωδικό CAD για ολόκληρο το αντικείμενο σε κώδικα για μια σειρά φετών ή οριζόντιων επιπέδων. Τα στρώματα μπορεί να αριθμούν εκατοντάδες ή ακόμη και σε χιλιάδες.
Ο εκτυπωτής δημιουργεί το αντικείμενο καταθέτοντας στρώματα υλικού σύμφωνα με τις οδηγίες του προγράμματος slicer, ξεκινώντας από το κάτω μέρος του αντικειμένου και δουλεύοντας προς τα πάνω. Τα διαδοχικά στρώματα συντήκονται μαζί. Η διαδικασία αναφέρεται ως κατασκευή πρόσθετων.
Το πλαστικό νήμα χρησιμοποιείται συχνά ως μέσο για τρισδιάστατη εκτύπωση, ειδικά σε εκτυπωτές προσανατολισμένους στους καταναλωτές. Ο εκτυπωτής λιώνει το νήμα και στη συνέχεια εξάγει ζεστό πλαστικό μέσω ενός ακροφυσίου. Το ακροφύσιο κινείται σε όλες τις διαστάσεις καθώς απελευθερώνει το υγρό πλαστικό για να δημιουργήσει ένα αντικείμενο. Η κίνηση του ακροφυσίου και η ποσότητα του πλαστικού που εξωθείται ελέγχονται από το πρόγραμμα κοπής. Το ζεστό πλαστικό στερεοποιείται σχεδόν αμέσως μετά την απελευθέρωσή του από το ακροφύσιο. Άλλοι τύποι μέσων εκτύπωσης είναι διαθέσιμοι για ειδικούς σκοπούς.
Το μέρος του αυτιού που είναι ορατό από το εξωτερικό του σώματος είναι γνωστό ως το πείρο ή το αυτί. Το υπόλοιπο αυτί βρίσκεται στο κρανίο. Η λειτουργία του pinna είναι η συλλογή ηχητικών κυμάτων και η αποστολή τους στο επόμενο τμήμα του αυτιού.
Κάνοντας ένα αυτί
Τον Φεβρουάριο του 2013, επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Κορνέλ στις Ηνωμένες Πολιτείες ανακοίνωσαν ότι κατάφεραν να φτιάξουν ένα αυτί με τη βοήθεια τρισδιάστατης εκτύπωσης. Τα βήματα που ακολούθησαν οι επιστήμονες του Cornell ήταν τα εξής.
- Δημιουργήθηκε ένα μοντέλο αυτιού σε ένα πρόγραμμα CAD. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν φωτογραφίες πραγματικών αυτιών ως βάση για αυτό το μοντέλο.
- Το μοντέλο του αυτιού εκτυπώθηκε από έναν εκτυπωτή 3D, χρησιμοποιώντας πλαστικό για να δημιουργήσει ένα καλούπι με το σχήμα του αυτιού.
- Μια υδρογέλη που περιείχε μια πρωτεΐνη που ονομάζεται κολλαγόνο τοποθετήθηκε μέσα στο καλούπι. Η υδρογέλη είναι ένα τζελ που περιέχει νερό.
- Τα χονδροκύτταρα (κύτταρα που παράγουν χόνδρο) ελήφθησαν από το αυτί της αγελάδας και προστέθηκαν στο κολλαγόνο.
- Το αυτί κολλαγόνου τοποθετήθηκε σε ένα θρεπτικό διάλυμα σε ένα εργαστήριο. Ενώ το αυτί ήταν στο διάλυμα, μερικά από τα χονδροκύτταρα αντικατέστησαν το κολλαγόνο.
- Το αυτί στη συνέχεια εμφυτεύτηκε στο πίσω μέρος ενός αρουραίου κάτω από το δέρμα του.
- Μετά από τρεις μήνες, το κολλαγόνο στο αυτί είχε αντικατασταθεί πλήρως με χόνδρο και το αυτί είχε διατηρήσει το σχήμα και τη διάκρισή του από τα γύρω κύτταρα αρουραίου.
Διαφορά μεταξύ ενός καλουπιού και ενός ικριώματος
Στη διαδικασία δημιουργίας αυτιών που περιγράφηκε παραπάνω, το πλαστικό αυτί ήταν ένα αδρανές καλούπι. Η μοναδική του λειτουργία ήταν να παρέχει το σωστό σχήμα για το αυτί. Το αυτί κολλαγόνου που σχηματίστηκε μέσα στο καλούπι λειτούργησε ως ικρίωμα για τα χονδροκύτταρα. Στη μηχανική ιστών, ένα ικρίωμα είναι ένα βιοσυμβατό υλικό με συγκεκριμένο σχήμα και στο οποίο αναπτύσσονται τα κύτταρα. Το ικρίωμα όχι μόνο έχει το σωστό σχήμα αλλά και ιδιότητες που υποστηρίζουν τη ζωή των κυττάρων.
Από τότε που πραγματοποιήθηκε η αρχική διαδικασία δημιουργίας αυτιών, οι ερευνητές του Cornell βρήκαν έναν τρόπο να εκτυπώσουν ένα ικρίωμα κολλαγόνου με το σωστό σχήμα που απαιτείται για να φτιάξουν ένα αυτί, εξαλείφοντας την απαίτηση για πλαστικό καλούπι.
Πιθανά οφέλη των τυπωμένων αυτιών
Τα αυτιά που γίνονται με τη βοήθεια εκτυπωτών θα μπορούσαν να είναι χρήσιμα για άτομα που έχουν χάσει τα αυτιά τους λόγω τραυματισμού ή ασθένειας. Θα μπορούσαν επίσης να βοηθήσουν άτομα που γεννήθηκαν χωρίς αυτιά ή έχουν άτομα που δεν έχουν αναπτυχθεί σωστά.
Προς το παρόν, τα αυτιά αντικατάστασης κατασκευάζονται μερικές φορές από χόνδρο στα πλευρά του ασθενούς. Η λήψη του χόνδρου είναι μια δυσάρεστη εμπειρία για τον ασθενή και μπορεί να προκαλέσει βλάβη στο πλευρό. Επιπλέον, το προκύπτον αυτί μπορεί να μην φαίνεται πολύ φυσικό. Τα αυτιά είναι επίσης κατασκευασμένα από τεχνητό υλικό, αλλά για άλλη μια φορά το αποτέλεσμα μπορεί να μην είναι απολύτως ικανοποιητικό. Τα τυπωμένα αυτιά έχουν τη δυνατότητα να μοιάζουν περισσότερο με φυσικά αυτιά και να λειτουργούν πιο αποτελεσματικά.
Τον Μάρτιο του 2013, μια εταιρεία με την ονομασία Oxford Performance Materials ανέφερε ότι είχε αντικαταστήσει το 75% του ανδρικού κρανίου με ένα τυπωμένο πολυμερές κρανίο. Οι εκτυπωτές 3D χρησιμοποιούνται επίσης για την κατασκευή συσκευών υγειονομικής περίθαλψης, όπως προσθετικά άκρα, ακουστικά βαρηκοΐας και οδοντικά εμφυτεύματα.
Εκτύπωση κάτω γνάθου
Τον Φεβρουάριο του 2012, ολλανδοί επιστήμονες ανέφεραν ότι είχαν δημιουργήσει ένα τεχνητό κάτω γνάθο με έναν εκτυπωτή 3D και το εμφύτευσαν στο πρόσωπο μιας 83χρονης γυναίκας. Η σιαγόνα κατασκευάστηκε από στρώσεις μεταλλικής σκόνης τιτανίου που συντήχθηκαν με θερμότητα και καλύφθηκε με βιοκεραμική επικάλυψη. Τα βιοκεραμικά υλικά είναι συμβατά με τον ανθρώπινο ιστό.
Η γυναίκα έλαβε το τεχνητό σαγόνι επειδή είχε χρόνια λοίμωξη των οστών στη δική της κάτω γνάθο. Οι γιατροί θεώρησαν ότι η παραδοσιακή χειρουργική επέμβαση ανασυγκρότησης του προσώπου ήταν πολύ επικίνδυνη για τη γυναίκα λόγω της ηλικίας της.
Το σαγόνι είχε αρθρώσεις ώστε να μπορεί να μετακινηθεί, καθώς και κοιλότητες για προσκόλληση μυών και αυλακώσεις για αιμοφόρα αγγεία και νεύρα. Η γυναίκα μπόρεσε να πει λίγα λόγια μόλις ξύπνησε από το αναισθητικό. Την επόμενη μέρα κατάφερε να καταπιεί. Πήγε σπίτι μετά από τέσσερις μέρες. Τα ψεύτικα δόντια είχαν προγραμματιστεί να εμφυτευτούν στη γνάθο αργότερα.
Οι τυπωμένες δομές χρησιμοποιούνται επίσης στην ιατρική εκπαίδευση και στον προ-χειρουργικό σχεδιασμό. Ένα τρισδιάστατο μοντέλο που δημιουργήθηκε από ιατρικές σαρώσεις ενός ασθενούς μπορεί να είναι πολύ χρήσιμο για τους χειρουργούς, καθώς μπορεί να δείξει τις συγκεκριμένες καταστάσεις μέσα στο σώμα του ασθενούς. Αυτό μπορεί να απλοποιήσει την περίπλοκη χειρουργική επέμβαση.
Προσθετικά και εμφυτεύσιμα είδη
Η μεταλλική σιαγόνα που περιγράφεται παραπάνω είναι ένας τύπος τεχνητού ή τεχνητού μέρους σώματος. Η παραγωγή προσθετικών είναι ένας τομέας στον οποίο οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές γίνονται σημαντικοί. Ορισμένα νοσοκομεία έχουν τώρα τους δικούς τους εκτυπωτές ή συνεργάζονται με μια ιατρική εταιρεία που διαθέτει εκτυπωτή.
Η δημιουργία ενός προσθετικού με τρισδιάστατη εκτύπωση είναι συχνά μια ταχύτερη και φθηνότερη διαδικασία από τη δημιουργία με συμβατικές μεθόδους κατασκευής. Επιπλέον, είναι πιο εύκολο να δημιουργήσετε μια προσαρμοσμένη εφαρμογή για έναν ασθενή όταν μια συσκευή έχει σχεδιαστεί και εκτυπωθεί ειδικά για το άτομο. Οι νοσοκομειακές σαρώσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία προσαρμοσμένων συσκευών.
Τα ανταλλακτικά άκρα συχνά εκτυπώνονται τρισδιάστατα σήμερα, τουλάχιστον σε ορισμένα μέρη του κόσμου. Τα τυπωμένα χέρια και τα χέρια είναι συχνά πολύ φθηνότερα από αυτά που παράγονται με συμβατικές μεθόδους. Μία εταιρεία εκτύπωσης 3D συνεργάζεται με τη Walt Disney για τη δημιουργία πολύχρωμων και διασκεδαστικών προσθετικών χεριών για παιδιά. Εκτός από τη δημιουργία ενός φθηνότερου προϊόντος που είναι πιο προσιτό, η πρωτοβουλία στοχεύει "να βοηθήσει τα παιδιά να βλέπουν τα προσθετικά τους ως πηγή ενθουσιασμού και όχι αμηχανίας ή περιορισμού"
Περισσότερα παραδείγματα
- Στα τέλη του 2015, οι τυπωμένοι σπόνδυλοι τοποθετήθηκαν με επιτυχία σε έναν ασθενή. Οι ασθενείς έλαβαν επίσης ένα τυπωμένο στέρνο και ένα θώρακα.
- Η τρισδιάστατη εκτύπωση χρησιμοποιείται για την παραγωγή βελτιωμένων οδοντικών εμφυτευμάτων.
- Οι αρθρώσεις ισχίου αντικατάστασης τυπώνονται συχνά.
- Οι καθετήρες που ταιριάζουν στο συγκεκριμένο μέγεθος και το σχήμα μιας δίοδος στο σώμα ενός ασθενούς θα μπορούσαν σύντομα να είναι συνηθισμένοι.
- Η εκτύπωση 3D εμπλέκεται συχνά στην κατασκευή ακουστικών βαρηκοΐας.
Βιοτυπία με ζωντανά κύτταρα: Ένα πιθανό μέλλον
Η εκτύπωση με ζωντανά κελιά ή η βιολογική εκτύπωση γίνεται σήμερα. Είναι μια λεπτή διαδικασία. Τα κελιά δεν πρέπει να ζεσταθούν πολύ. Οι περισσότερες μέθοδοι εκτύπωσης 3D περιλαμβάνουν υψηλές θερμοκρασίες, οι οποίες θα μπορούσαν να σκοτώσουν τα κύτταρα. Επιπλέον, το υγρό φορέα για τα κύτταρα δεν πρέπει να τα βλάψει. Το υγρό και τα κύτταρα που περιέχει είναι γνωστά ως βιο-μελάνι (ή βιοσύνδεση).
Αντικατάσταση οργάνου και ιστού
Η αντικατάσταση των κατεστραμμένων οργάνων με όργανα από τρισδιάστατους εκτυπωτές θα ήταν μια θαυμάσια επανάσταση στην ιατρική. Προς το παρόν, δεν υπάρχουν αρκετά δωρεά όργανα για όλους όσους τα χρειάζονται.
Το σχέδιο είναι η λήψη κυττάρων από το σώμα του ασθενούς για την εκτύπωση ενός οργάνου που χρειάζονται. Αυτή η διαδικασία θα πρέπει να αποτρέπει την απόρριψη οργάνων. Τα κύτταρα είναι πιθανότατα βλαστικά κύτταρα, τα οποία δεν είναι εξειδικευμένα κύτταρα που είναι ικανά να παράγουν άλλους τύπους κυττάρων όταν διεγείρονται σωστά. Οι διαφορετικοί τύποι κυττάρων θα κατατεθούν από τον εκτυπωτή με τη σωστή σειρά. Οι ερευνητές ανακαλύπτουν ότι τουλάχιστον ορισμένα είδη ανθρώπινων κυττάρων έχουν μια καταπληκτική ικανότητα να αυτο-οργανώνονται όταν εναποτίθενται, κάτι που θα ήταν πολύ χρήσιμο στη διαδικασία δημιουργίας ενός οργάνου.
Ένας ειδικός τύπος τρισδιάστατου εκτυπωτή γνωστός ως bioprinter χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ζωντανών ιστών. Σε μια κοινή μέθοδο κατασκευής του ιστού, μια υδρογέλη εκτυπώνεται από μια κεφαλή εκτυπωτή για να σχηματίσει ένα ικρίωμα. Μικρά σταγονίδια υγρού, το καθένα που περιέχει πολλές χιλιάδες κελιά, τυπώνονται στο ικρίωμα από άλλη κεφαλή εκτυπωτή. Τα σταγονίδια ενώνονται σύντομα και τα κύτταρα συνδέονται μεταξύ τους. Όταν σχηματιστεί η επιθυμητή δομή, το ικρίωμα υδρογέλης αφαιρείται.Μπορεί να ξεφλουδιστεί ή να ξεπλυθεί εάν είναι υδατοδιαλυτό. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν βιοαποικοδομήσιμα ικριώματα. Αυτά σταδιακά διαλύονται μέσα σε ένα ζωντανό σώμα.
Στην ιατρική, μια μεταμόσχευση είναι η μεταφορά ενός οργάνου ή ιστού από έναν δότη σε έναν παραλήπτη. Ένα εμφύτευμα είναι η εισαγωγή μιας τεχνητής συσκευής στο σώμα του ασθενούς. Η τρισδιάστατη βιολογική εκτύπωση πέφτει κάπου μεταξύ αυτών των δύο άκρων. Τόσο το "μεταμόσχευση" όσο και το "εμφύτευμα" χρησιμοποιούνται όταν αναφέρονται σε αντικείμενα που παράγονται από βιοπρόγραμμα.
Μερικές επιτυχίες βιοτύπωσης
Τα μη ζωντανά εμφυτεύματα και τα προσθετικά που δημιουργήθηκαν από 3D εκτυπωτές χρησιμοποιούνται ήδη σε ανθρώπους. Η χρήση εμφυτευμάτων που περιέχουν ζωντανά κύτταρα απαιτεί περισσότερη έρευνα, η οποία πραγματοποιείται. Δεν είναι δυνατή η κατασκευή ολόκληρων οργάνων με τρισδιάστατη εκτύπωση, αλλά τμήματα οργάνων μπορούν. Έχουν εκτυπωθεί πολλές διαφορετικές δομές, συμπεριλαμβανομένων μπαλωμάτων του καρδιακού μυός που μπορούν να κτυπήσουν, μπαλώματα δέρματος, τμήματα αιμοφόρων αγγείων και χόνδρος γόνατος. Αυτά δεν έχουν ακόμη εμφυτευτεί σε ανθρώπους. Το 2017, οι επιστήμονες παρουσίασαν ένα πρωτότυπο ενός εκτυπωτή που μπορεί να δημιουργήσει ανθρώπινο δέρμα για εμφύτευση, και το 2018 άλλοι επιστήμονες εκτύπωσαν κερατοειδείς σε μια διαδικασία που μπορεί κάποια μέρα να χρησιμοποιηθεί για την αποκατάσταση βλάβης στα μάτια.
Ορισμένες ελπιδοφόρες ανακαλύψεις αναφέρθηκαν το 2016. Μια ομάδα επιστημόνων εμφύτευσε τρεις τύπους βιοτυπωμένων δομών κάτω από το δέρμα των ποντικών. Αυτά περιελάμβαναν ένα πτερύγιο ανθρώπινου αυτιού μεγέθους μωρού, ένα κομμάτι μυών και ένα τμήμα ανθρώπινου οστού γνάθου. Τα αιμοφόρα αγγεία από το περιβάλλον επεκτάθηκαν σε όλες αυτές τις δομές ενώ βρίσκονταν στο σώμα των ποντικών. Αυτό ήταν μια συναρπαστική εξέλιξη, καθώς η παροχή αίματος είναι απαραίτητη για να διατηρηθεί ζωντανός ο ιστός. Το αίμα μεταφέρει θρεπτικά συστατικά στους ζωντανούς ιστούς και αφαιρεί τα απόβλητά τους.
Ήταν επίσης συναρπαστικό να σημειωθεί ότι οι εμφυτευμένες δομές μπόρεσαν να παραμείνουν ζωντανές μέχρι να αναπτυχθούν τα αιμοφόρα αγγεία. Αυτό το επίτευγμα επιτεύχθηκε με την ύπαρξη μικροσκοπικών πόρων στις δομές που επέτρεπαν στα θρεπτικά συστατικά να εισέλθουν σε αυτά.
Εκτύπωση μερών της καρδιάς
Δημιουργία κερατοειδούς
Οι επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Newcastle στο Ηνωμένο Βασίλειο δημιούργησαν τρισδιάστατες εκτυπώσεις. Ο κερατοειδής είναι το διαφανές, εξώτατο κάλυμμα των ματιών μας. Σοβαρή ζημιά σε αυτό το κάλυμμα μπορεί να προκαλέσει τύφλωση. Μια μεταμόσχευση κερατοειδούς επιλύει συχνά το πρόβλημα, αλλά δεν υπάρχουν αρκετοί κερατοειδείς διαθέσιμοι για να βοηθήσουν όλους όσους τα χρειάζονται.
Οι επιστήμονες έλαβαν βλαστικά κύτταρα από έναν υγιή ανθρώπινο κερατοειδή. Τα κύτταρα στη συνέχεια τοποθετήθηκαν σε πήκτωμα από αλγινικό και κολλαγόνο. Το τζελ προστάτευε τα κελιά καθώς διέσχιζαν το μόνο ακροφύσιο του εκτυπωτή. Χρειάστηκαν λιγότερα από δέκα λεπτά για να εκτυπωθεί το πήκτωμα και τα κελιά στο σωστό σχήμα. Το σχήμα αποκτήθηκε με σάρωση των ματιών ενός ατόμου. (Σε ιατρική κατάσταση, το μάτι του ασθενούς θα σαρωθεί.) Μόλις εκτυπωθεί το μείγμα γέλης και κυττάρων, τα βλαστικά κύτταρα παρήγαγαν έναν πλήρη κερατοειδή.
Οι κερατοειδείς φτιαγμένοι από τη διαδικασία εκτύπωσης δεν έχουν ακόμη εμφυτευτεί στα ανθρώπινα μάτια. Πιθανότατα θα είναι λίγο καιρό πριν. Ωστόσο, έχουν τη δυνατότητα να βοηθήσουν πολλούς ανθρώπους.
Η τόνωση των βλαστικών κυττάρων για την παραγωγή των εξειδικευμένων κυττάρων που απαιτούνται για την κατασκευή ενός συγκεκριμένου μέρους του ανθρώπινου σώματος τη σωστή στιγμή είναι από μόνη της μια πρόκληση. Ωστόσο, είναι μια διαδικασία που θα μπορούσε να έχει υπέροχα οφέλη για εμάς.
Οφέλη από Mini Organs, Organoids ή Organs on a Chip
Οι επιστήμονες μπόρεσαν να δημιουργήσουν μίνι όργανα με τρισδιάστατη εκτύπωση (και με άλλες μεθόδους). Τα "μίνι όργανα" είναι μικροσκοπικές εκδόσεις οργάνων, τμημάτων οργάνων ή μπαλώματα ιστού από συγκεκριμένα όργανα. Αναφέρονται με διάφορα ονόματα εκτός από τον όρο μίνι όργανο. Οι τυπωμένες δημιουργίες ενδέχεται να μην περιέχουν κάθε τύπο δομής που βρίσκεται στο όργανο πλήρους μεγέθους, αλλά είναι καλές προσεγγίσεις. Η έρευνα δείχνει ότι θα μπορούσαν να έχουν σημαντικές χρήσεις, παρόλο που δεν είναι εμφυτεύσιμες.
Τα μίνι όργανα δεν παράγονται πάντα από κύτταρα που παρέχονται από τυχαίο δότη. Αντ 'αυτού, παράγονται συχνά από τα κύτταρα ενός ατόμου που έχει μια ασθένεια. Οι ερευνητές μπορούν να ελέγξουν τις επιδράσεις των φαρμάκων στο μίνι όργανο. Εάν ένα φάρμακο είναι χρήσιμο και όχι επιβλαβές, μπορεί να χορηγηθεί στον ασθενή. Υπάρχουν πολλά πλεονεκτήματα σε αυτήν τη διαδικασία. Το ένα είναι ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα φάρμακο που είναι πιθανό να είναι ευεργετικό για τη συγκεκριμένη εκδοχή μιας ασθένειας του ασθενούς και για το συγκεκριμένο γονιδίωμά του, γεγονός που αυξάνει την πιθανότητα επιτυχούς θεραπείας. Ένα άλλο είναι ότι οι γιατροί μπορεί να είναι σε θέση να λάβουν ένα ασυνήθιστο ή συνήθως ακριβό φάρμακο για έναν ασθενή εάν μπορούν να αποδείξουν ότι το φάρμακο είναι πιθανό να είναι αποτελεσματικό. Επιπλέον, η δοκιμή φαρμάκων σε μίνι όργανα μπορεί να μειώσει την ανάγκη για εργαστηριακά ζώα.
Μια δομή που μιμείται τον πνεύμονα
Το 2019, επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο Rice και στο Πανεπιστήμιο της Ουάσινγκτον απέδειξαν τη δημιουργία ενός μίνι οργάνου που μιμείται έναν ανθρώπινο πνεύμονα σε δράση. Ο μίνι πνεύμονας είναι κατασκευασμένος από υδρογέλη. Περιέχει μια μικρή δομή που μοιάζει με πνεύμονες που γεμίζει με αέρα σε τακτά χρονικά διαστήματα. Ένα δίκτυο αγγείων που γεμίζουν με αίμα περιβάλλει τη δομή.
Όταν διεγείρεται, ο προσομοιωμένος πνεύμονας και τα αγγεία του διαστέλλονται και συστέλλονται ρυθμικά χωρίς να σπάσουν. Το βίντεο δείχνει πώς λειτουργεί η δομή. Αν και το οργανοειδές δεν είναι πλήρους μεγέθους και δεν μιμείται όλους τους ιστούς σε έναν ανθρώπινο πνεύμονα, η ικανότητά του να κινείται σαν πνεύμονας είναι μια πολύ σημαντική εξέλιξη.
Μερικές προκλήσεις για τη βιολογική εκτύπωση
Η δημιουργία ενός οργάνου που είναι κατάλληλο για εμφύτευση είναι μια δύσκολη εργασία. Ένα όργανο είναι μια σύνθετη δομή που περιέχει διαφορετικούς τύπους κυττάρων και ιστούς διατεταγμένους σε ένα συγκεκριμένο σχέδιο. Επιπλέον, καθώς τα όργανα αναπτύσσονται κατά τη διάρκεια της εμβρυϊκής ανάπτυξης, λαμβάνουν χημικά σήματα που επιτρέπουν την λεπτή δομή και την περίπλοκη συμπεριφορά τους να αναπτυχθούν σωστά. Αυτά τα σήματα λείπουν όταν προσπαθούμε να δημιουργήσουμε ένα όργανο τεχνητά.
Μερικοί επιστήμονες πιστεύουν ότι στην αρχή –και ίσως για κάποιο χρονικό διάστημα– θα εκτυπώσουμε εμφυτεύσιμες δομές που μπορούν να εκτελέσουν μία μόνο λειτουργία ενός οργάνου αντί για όλες τις λειτουργίες του. Αυτές οι απλούστερες δομές μπορεί να είναι πολύ χρήσιμες εάν αντισταθμίζουν ένα σοβαρό ελάττωμα στο σώμα.
Αν και είναι πιθανό να είναι χρόνια πριν τα βιογραφικά όργανα είναι διαθέσιμα για εμφυτεύματα, ίσως να δούμε νέα οφέλη της τεχνολογίας πριν από τότε. Ο ρυθμός της έρευνας φαίνεται να αυξάνεται. Το μέλλον της τρισδιάστατης εκτύπωσης σε σχέση με την ιατρική θα πρέπει να είναι πολύ ενδιαφέρον αλλά και συναρπαστικό.
βιβλιογραφικές αναφορές
- Ένα τεχνητό αυτί που δημιουργήθηκε από έναν εκτυπωτή 3D και ζωντανά κύτταρα χόνδρου από το περιοδικό Smithsonian.
- Μεταμόσχευση γνάθου από τρισδιάστατο εκτυπωτή από το BBC (British Broadcasting Corporation)
- Πολύχρωμα τρισδιάστατα τυπωμένα χέρια από την Αμερικανική Εταιρεία Μηχανολόγων Μηχανικών
- Η Bioprinter δημιουργεί ειδικά μέρη εργαστηρίου για μεταμόσχευση από το The Guardian
- Πρώτος τρισδιάστατος ανθρώπινος κερατοειδής από την υπηρεσία ειδήσεων EurekAlert
- Ο τρισδιάστατος εκτυπωτής δημιουργεί το μικρότερο ανθρώπινο συκώτι από τον New Scientist
- Μίνι 3D τυπωμένα όργανα που μιμούνται την καρδιά και το συκώτι που χτυπά από το New Scientist
- Ένα όργανο που μιμείται τους πνεύμονες από την Popular Mechanics
- Ο νέος τρισδιάστατος εκτυπωτής δημιουργεί ιστούς, μυς και οστικούς ιστούς από ζωντανά κύτταρα της Science Alert
- 3-D bioprinter για εκτύπωση ανθρώπινου δέρματος από τη νέα υπηρεσία phys.org
Αυτό το άρθρο είναι ακριβές και πιστό από ό, τι γνωρίζουν οι συγγραφείς. Το περιεχόμενο προορίζεται μόνο για ενημερωτικούς ή ψυχαγωγικούς σκοπούς και δεν υποκαθιστά προσωπικές συμβουλές ή επαγγελματικές συμβουλές σε επιχειρηματικά, οικονομικά, νομικά ή τεχνικά θέματα.
