3D տեխնոլոգիաներ

3D տպագիր օրգանների գիտական ​​ֆանտաստիկայի աշխարհ

3D տպագիր օրգանների գիտական ​​ֆանտաստիկայի աշխարհ

Վերադարձեք դրան 3D տպագրությամբ: Ինչպես արդեն նշել ենք հավելանյութերի արտադրության վերաբերյալ նախորդ հոդվածներում, 3D տպագրությունը կանդրադառնա աշխարհի գրեթե բոլոր խոշոր արդյունաբերությունների վրա, ներառյալ առողջապահությունը: Մենք արդեն տեսել ենք, թե ինչպես 3D տպագրությունը կարող է օգուտ բերել առողջապահական արդյունաբերությանը վերջին կորոնավիրուսային համաճարակով:

3D տպագրության առաջատար ընկերությունները, ինչպիսիք են Carbon- ը, Prusa Research- ը և Formlabs- ը, տպում են դեմքի վահաններ, դիմակներ և հիվանդանոցային կարևոր գործիքներ առողջապահության մասնագետների համար: 3D տպագրության ընդհանուր համայնքը դժվարությամբ էր աշխատում մատակարարման շղթաների և կառավարությունների վրա ճնշումը մեղմելու համար:

3D տպագրությունը խոստանում է առողջապահության ոլորտը փոխել, որպեսզի ավելի լավ առաջարկեն հիվանդներին այնպիսի բաներ, ինչպիսիք են ավելի խելացի դեղամիջոցները և գերհարմարեցված պրոթեզավորում: Այնուամենայնիվ, 1990 թվականի «Dark Man» ֆիլմից մի բանի պես, բժիշկների համար կարող է սովորական բան դառնալ հիվանդների բուժման համար օրգաններ տպելը: Փաստորեն, դա արդեն տեղի է ունենում: Տարբեր առաջատար համալսարանների հետազոտողները ունեն 3D տպագիր հիմնական գործող մարդու օրգաններ: Ներկայումս ամբողջ աշխարհում և հատկապես Միացյալ Նահանգներում օրգանների պակասը լուրջ աճող առողջական խնդիր է:

3D տպագիր օրգանները կարող են փրկել մարդկանց կյանքը

Օրգանների հսկայական պահանջարկի պատճառով գնահատվել է, որ900,000 Ամեն տարի մահերը հնարավոր է կանխել ՝ օգտագործելով ինժեներական օրգաններ: Ներկայումս Միացյալ Նահանգներում կան 113,000 տղամարդիկ, կանայք և երեխաներ, ովքեր գտնվում են փոխպատվաստման ազգային սպասարկման ցուցակում ՝ 2019 թվականի հուլիսի դրությամբ: lyավոք, միջին հաշվով,20 մարդ է մահանում ամեն օր փոխպատվաստման սպասում, մինչդեռ յուրաքանչյուր 10 րոպեն մեկ սպասող ցուցակում ավելանում է նոր մարդ: 3D տպագիր օրգանները կենսունակ լուծում են: Առավել եւս, որ այդ ինժեներիզացված օրգանները շատ ավելին են, քան իր գործնական օգուտները, քանի որ այս նոր ինժեներական օրգանները շատ ծախսարդյունավետ են:

Օրինակ, Փոխպատվաստումների ազգային հիմնադրամի համաձայն, երիկամի ստանդարտ փոխպատվաստումը կարող է միջին հաշվով արժենալ ավելի բարձր $300,000մինչդեռ 3D կենսատպիչը ՝ 3D տպագիր օրգաններ ստեղծելու համար օգտագործվող տպիչը, կարող է արժենալ նույնքան $10,000 հետագա ծախսերի հետևանքով, որոնք նախատեսվում է նվազել, քանի որ տեխնոլոգիան զարգանում է հաջորդ մի քանի տարիների ընթացքում: Բժշկական մասնագետներն ու հետազոտողները ոգևորված են 3D տպագիր օրգանների գալիք տարիքից:

Այսօր մենք հետագայում ուսումնասիրելու ենք 3D bioprinting- ի հետևանքները, մարտահրավերները, օգուտները և այս հեղափոխական նոր արտադրանքի հնարավոր խնդիրները: Հաջորդ մի քանի տարիներին ակնկալվում է, որ կենսատպագրման պահանջարկը միայն կմեծանա:

Հիմունքներ. Ի՞նչ է 3D Bioprinting- ը:

Դուք կարող եք լսել 3D տպագիր օրգանների գործընթացը, որը նկարագրվում է որպես 3D կենսատպագրություն, իսկ վերջնական արտադրանքները (օրգանները) կոչվում են նախագծված օրգաններ: Մի խոսքով, Bioprinting գործընթացը նման է հավելանյութերի արտադրության շատ գործընթացների, որոնց դուք ծանոթ եք: Սակայն, այս դեպքում, հավելանյութերի արտադրությունը, գործընթացը ներառում է բջիջների և աճի գործոնների համատեղում ՝ հյուսվածքանման կառուցվածք և, ի վերջո, օրգաններ ստեղծելու համար: Մտածեք ձեր ստանդարտ FDM տպիչի մասին: Հնարավոր է ՝ դուք հենց հիմա ունեք մեկը ձեր աշխատասեղանի վրա կամ տեսել եք այն գործողության մեջ: Գործընթացը շատ նման է:

Երբ ուզում եք ինչ-որ բան 3D տպել, առաջին բանը, որ պետք է անեք, թվային մոդելի ստեղծումն է, որն այնուհետև իր հերթին տպվում է ֆիզիկական 3D առարկայի միջոցով `օգտագործելով ջերմապլաստիկ, շերտ առ շերտ: Bioprinting- ը նույն կերպ է գործում. Հետազոտողները ստեղծում են այն հյուսվածքի մոդելը, որը նրանք ցանկանում են ստեղծել, որին հաջորդում է տպագրության գործընթացը, որը վերջին առարկան է շերտ առ շերտ: Այնուամենայնիվ, քանի որ տպիչները օգտագործում են ստերիլ բջիջներ, տպման լուծաչափը (շերտի բարձրությունը) և մատրիցայի կառուցվածքը պետք է պատշաճ կերպով պատրաստվեն տպագրության համար:

Այն քանդելով հետագայում, սերտորեն հիշեցնելով SLA տպագրության նախ և հետարտադրական արտադրությունը, կան հատուկ քայլեր, որոնք հետազոտողները ձեռնարկում են օրգանների պատշաճ տպագրությունն ապահովելու համար: Նախ և առաջ, նախնական արտադրության փուլում, բժշկական մասնագետները ստեղծում են իրենց տպման թվային մոդելը `օգտագործելով այնպիսի տեխնոլոգիաներ, ինչպիսիք են համակարգչային տոմոգրաֆիան և մագնիսական ռեզոնանսային պատկերումը: Դրանից հետո տպիչները պատրաստվում և ստերիլիզացվում են տպելուց առաջ ՝ որպես բջիջների կենսունակությունն օպտիմալացնելու միջոց:

Հաջորդը, մոդելն ուղարկվում է տպիչ: Փոխանակ ջերմապլաստիկ օգտագործելու, հետազոտողները օգտագործում են bioink ՝ իրենց կառույցները տպելու համար: Bioink թանաքը արտամղվում է շերտ առ շերտ, մոտավորապես 0.5 մմ կամ պակաս հաստությամբ: Սակայն, ինչպես թելիկը, bioink- ը տեղադրվում է տպիչի փամփուշտի մեջ և օգտագործվում է ֆիզիկական 3D մոդելը ստեղծելու համար: Ի վերջո, հետարտադրական փուլում, տպագիրն ավարտելուց հետո, հետազոտողները մեխանիկական և քիմիապես խթանում են մասը `ապահովելով կայուն կառույցների ստեղծում: Օրգանի ամրացման գործընթացին սովորաբար օգնում են ուլտրամանուշակագույն լույսը, հատուկ քիմիական նյութեր կամ նույնիսկ երբեմն ջերմություն:

Bioink- ը կենսատպիչներում օգտագործվող «թելիկ» է

Ինչպես նշվեց վերևում, Bioink- ն օգտագործվում է արհեստական ​​հյուսվածքներ ստեղծելու համար `3D բիոտպագրման գործընթացում մոդելավորված: Բազմաթիվ տարբեր հատկություններ Bioink- ը եզակիորեն կատարյալ են դարձնում ճշգրիտ առաջադրանքը կատարելու համար: Հետագա ստուգումից հետո դուք կհասկանաք, որ այս բիոինքը բաղկացած է բջիջներից և կրող նյութից, որը սովորաբար կենսապոլիմերային գել է:

Չնայած կենսագրությունները կարող են ամբողջությամբ պատրաստվել բջիջներից, այս կենսապոլիմերային գելը անհրաժեշտ է բջիջները տեղում պահելու համար ՝ թույլ տալով նրանց աճել, տարածվել և նույնիսկ բազմապատկվել ՝ պաշտպանելով բջիջները 3D տպագրության գործընթացում: Առանց այս կենսապոլիմերային գելի, 3D տպագրության հյուսվածքի գործընթացը շատ ավելի բարդ կլիներ:

Երբ տպվում են FDM տպիչով, տպագրության գործընթացի համար օգտագործվող վարդակը ջեռուցվում է բարձր ջերմաստիճաններում `պլաստիկը հալեցնելու և նախատեսված մասը ստեղծելու համար: 3D բիպրինտերն օգտագործելիս գործընթացը նույնն է և կրկին ընդգծում է պոլիմերի կարևորությունը: Երբ bioink- ն անցնում է տպիչի վարդակով, ջերմությունը չպետք է «եփի» բջիջը:

Կենսապոլիմերային գելը տպագրության գործընթացում կանխում է բջիջների չափազանց տաքացումը: Ավելին, այս նույն գործընթացի ընթացքում գելի վիսկոէլաստիկ հատկությունները օգնում են կանխել բջիջների վնասումը տպագրության ժամանակ վարդակից դուրս գալու գործընթացում:

Հիմա, եթե մտածում եք, թե էլ ինչ կարող եք գտնել կենսահյութերի մինի բջջային ապուրի մեջ, ապա այսօր ձեր բախտը բերել է: Ինչպես հայտարարել է All3DP- ի թիմը, «... կենսահիմքերը ապավինում են մի քանի պոլիմերների համադրությանը` հասնելու համար ինչ-որ մի միջև, որտեղ հարգվում են քիմիական, ֆիզիկական և կենսաբանական սահմանափակումները »: Սովորաբար, Bioink- ը կարող է ներառել ցանկացած բան ՝ հիալուրոնաթթվից մինչև կոլագեն, ալգինատ, ցելյուլոզա և նույնիսկ մետաքս:

Մարդիկ դեռ տպե՞լ են օրգաններ 3D- ով:

Կարճ պատասխանը ՝ այո: Դեռևս 2017-ին, Pohang- ի գիտության և տեխնոլոգիայի համալսարանի ինժեներների խումբը մշակեց և 3D- ը տպեց այն, ինչ նրանք անվանում էին «բիո-արյան անոթներ» `օգտագործելով մարդու մարմնից նյութեր` որպես գործընթացի ձևանմուշ: Արյան անոթը գործում էր գեղեցիկ, առանց որևէ խնդրի: Մինչ Հարվարդի համալսարանի հետազոտողները, ընդամենը մեկ տարի առաջ մշակեցին նոր տեսակի բիոինկ `հատուկ երիկամների համար, ինչը թույլ է տալիս հետազոտողների թիմին ստեղծել երիկամի կարևոր ֆունկցիոնալ մասեր:

Մինչ Սան Դիեգոյի Organovo կենսատպագրական ստարտափի մի թիմ արդեն ցույց է տվել, որ կարող է տպել մարդու լյարդի բծեր և տեղադրել դրանք մկների մեջ: Սակայն Օրգանովոյի թիմի նպատակներն այստեղ չեն դադարում: Ինչպես նշված է նրանց կայքում, «Մենք առաջ ենք մղում թերապևտիկ և դեղորայքի պրոֆիլավորման ունակությունների մի ամբողջություն, որը հիմնված է մեր 3D հեղափոխության ունակության վրա, որը կրկնօրինակում է մարդու կենսաբանության և հիվանդության հիմնական ասպեկտները: Մենք ձգտում ենք փոխել բժշկության դեմքը `հիվանդությունների բուժման համար վերականգնող բժշկության բուժման կլինիկական զարգացման միջոցով և թարգմանական դեղամիջոցների հայտնաբերման միջոցով»:

Մարդու փորձարկումները լյարդի փոխպատվաստման համար կարող են սկսվել արդեն այս տարի: Մարդու օրգանների կենսատպման գաղափարը այլևս հեռու չէ գիտաֆանտաստիկայի գաղափարից: Մասնավոր ընկերությունների և առաջատար համալսարանների հետազոտողները տպել են ականջները, թոքերը և նույնիսկ սիրտը:

Կենսատպագրման տեխնոլոգիան հեռու է կատարյալ լինելուց

Այո, բազում հաջողված ջանքեր են եղել ինժեներական հյուսվածքներ և օրգաններ ստեղծելու հարցում: Այնուամենայնիվ, տեխնոլոգիան դեռ ուղիներ ունի անցնելու, մինչ այն լիովին հարմարեցվի ձեր հարևան հիվանդանոցներում: Կան մի քանի ակնհայտ խոչընդոտներ, որոնք մենք պետք է հաղթահարենք:

Նախ, կենսատպագրումը պետք է արագանա, ինչպես նաև կարողանա հյուսվածքներ արտադրել ավելի բարձր լուծաչափով: Մի քանի ժամվա կամ րոպեում օրգան 3D տպելու հնարավորություն ունենալը կարող է 3D կենսատպագրությունը շատ ավելի գրավիչ դարձնել: Մինչդեռ ավելի բարձր լուծաչափը թույլ կտա ավելի լավ փոխազդեցություն և վերահսկում 3D միկրո միջավայրում:

Երկրորդ, մեզ ավելի շատ կենսանյութ է պետք: Այս պահին դա նման է միայն մի քանի թելերով տպագրությանը: Likeիշտ այնպես, ինչպես FDM կամ նույնիսկ SLA տպիչով, դուք օգտագործում եք տարբեր տպագրական նյութեր ՝ տարբեր աշխատանքներ լուծելու համար:

Նույնը վերաբերում է բիոինքի աշխարհին և բժշկական հյուսվածքների բարդ և տարատեսակ բուժումներին, որոնք կարող են անհրաժեշտ լինել մարդուն: Այնուամենայնիվ, տեխնոլոգիան հուզիչ է և, ինչպես վերը նշվեց, շուտով կարող է միլիոնավոր կյանքեր փրկել: Մասնավոր հատվածում աճող մրցակցությունը կարող է նպաստել արագ նորարարության ստեղծմանը, որն անհրաժեշտ է 3D տպումը կենսունակ դարձնելու համար:

Ի՞նչ եք մտածում 3D բի տպագրության աշխարհի մասին: Արդյո՞ք այս տեխնոլոգիան հեղափոխություն կդարձնի առողջապահության ոլորտը:


Դիտեք տեսանյութը: If the government is in possession of an alien spacecraft. Joe Rogan and Lex Fridman (Հունվարի 2022).