Oamenii de știință au fost de mult „bolnavi” de ideea creșterii organelor în laboratoare, dar știința a reușit să obțină descoperiri și realizări semnificative în aceste studii abia la sfârșitul anilor 90 ai secolului trecut, când bioprintarea a atras atenția tuturor. Potrivit Engadget, cercetătorii de la Institutul de Medicină Regenerativă Wake Forest, care au venit pentru prima dată cu ideea creând materiale sintetice imprimate 3D. blocuri de construcție necesare pentru creșterea vezicii umane. După cum notează sursa, de fapt, acești oameni de știință nu au tipărit vezici urinare. Abia la începutul anilor 2000, bioinginerul Thomas Boland de la Universitatea Clemson a început să modifice imprimantele convenționale cu cerneală pentru a utiliza cerneluri biologice și a crea obiecte 3D din acestea.

În 2010, a apărut una dintre primele companii de bioprintare din lume. Ea a devenit Organovo. Până acum, Organovo a învățat cum să imprime și le folosește pentru a testa noi medicamente și a efectua noi cercetări. Compania speră să poată crea un ficat complet funcțional în viitorul apropiat. Ea a depus o mulțime de muncă pentru a atinge acest obiectiv, dar nu este încă pregătită pentru impulsul final.

Cum functioneaza?

Ar trebui să fie clar imediat: în ciuda diferenței uriașe de complexitate dintre organele de imprimare și imprimarea obiectelor obișnuite din plastic, ambele procese sunt foarte asemănătoare între ele. În ambele cazuri se folosesc cartușe și capete de imprimare speciale, care trag cerneală (sau material biologic), așezându-le strat cu strat pe platformă. Cu toate acestea, ambele sisteme au câteva diferențe cheie:

• Știm cu toții cum arată majoritatea organelor noastre, dar pentru a le putea recrea, oamenii de știință trebuie mai întâi să efectueze o scanare CT sau RMN fiecărui pacient în parte. După aceea, datele primite sunt procesate într-un computer și este creat un aspect, care servește ca un indiciu unde și cum este necesar să se aplice celule strat cu strat.
• În loc de plastic PVC sau metal, bioimprimantele folosesc ca cerneală celulele umane ale organului care urmează să fie produs. Aceste cuști sunt utilizate cu un agent de lipire special care permite crearea unei structuri dintr-o singură bucată. Pe lângă utilizarea celulelor din anumite organe, bioimprimatoarele pot folosi și celule stem, materiale de bioinginerie (cum ar fi alginatul polimeric folosit anterior pentru a face țesut valvular aortic, de exemplu) și alte substanțe care nu ar fi respinse de corpul uman. De exemplu, în 2012, pe o imprimantă 3D a fost creată o falcă de titan, care a fost ulterior implantată cu succes într-o femeie de 83 de ani. Și din 2013, un bărbat locuiește în SUA cu.
• După ce oamenii de știință imprimă proba, aceasta trebuie plasată în condiții speciale de incubație, astfel încât celulele să se poată diviza și să lucreze împreună, așa cum este cazul organelor vii reale.

Și această ultimă parte a procesului este cea mai mare parte a motivului pentru care încă nu vedem mașini în spitalele noastre care produc organe umane de înlocuire.

Care este problema?

Potrivit dr. Anthony Atale (liderul echipei de producție a vezicii urinare Wake Forest), problema are mai multe fațete. Primul aspect este dificultatea de a găsi acele materiale care pot fi folosite pentru a produce părți ale corpului și a le face ulterior să crească corect în afara corpului. Nu poți să iei o orgă nou tipărită și să o coasi unei persoane. După cum am menționat mai sus, organele reale sunt mașini incredibil de complexe. Și dacă pur și simplu forțăm celulele copiilor tipărite ale acestor organe să se dividă, atunci asta nu înseamnă deloc că aceste celule vor funcționa așa cum ar trebui. Bioinginerul Hod Lipson de la Universitatea Cornell comentează această problemă:

„Desigur, puteți conecta celulele țesutului cardiac împreună în locul potrivit, dar unde va fi localizat butonul pentru a le porni? Magia în sine constă în procesul de imprimare.”

Lipson subliniază, de asemenea, că încă nu există suficient de puternic software, care ar fi potrivit pentru crearea modelelor ideale și cele mai precise de organe. Dar această etapă este cea mai importantă înainte ca oamenii de știință să treacă direct la tipărirea în sine.

Pe lângă dificultățile de a crea organe imprimate 3D ale căror celule se comportă ca cele reale, oamenii de știință s-au confruntat cu dificultatea de a reproduce vasele de sânge. Organele au nevoie de artere, vene și capilare pentru a mișca sângele prin ele și pentru a furniza nutrienți care le mențin în viață și sănătoase. Totuși, datorită lungimii, grosimii și formei lor, toate aceste lucruri sunt foarte greu de imprimat.

Cu toate acestea, nimeni nu spune că oamenii de știință nu încearcă să rezolve această problemă. În iunie, de exemplu, o echipă de cercetători de la Universitatea Brigham Young a folosit polizaharidă liniară agaroză pentru a produce un șablon de vas de sânge. Oamenii de știință de la Institutul Frauhofer efectuează și ei cercetări în această direcție din 2011. Profesorul de la Harvard Jennifer Lewis lucrează la problema tipăririi organelor care ar avea deja canale speciale pentru circulația sângelui și a nutrienților prin ele.

Viitorul imprimării 3D cu organe

Pentru tot timpul de lucru pe aceste probleme, știința a reușit totuși să obțină un succes cel puțin parțial în tipărirea organelor. Parțial, deoarece majoritatea organelor primite au fost nefuncționale sau au putut trăi doar câteva zile. De exemplu, aceeași companie Organovo a creat un ficat uman în miniatură care ar putea funcționa ca unul real, cu excepția unei singure probleme - ar putea funcționa nu mai mult de 40 de zile. Sau luați-i pe oamenii de știință de la , care au imprimat cu succes valve cardiace și vene mici în aprilie a acestui an. Oamenii de știință de la această instituție speră să creeze într-o zi o inimă funcțională cu drepturi depline. Să nu uităm de bioinginerii din care au creat o ureche umană artificială (funcțională perfect, de altfel) din celule vii și un gel special.

Aproximativ 90 la suta dintre pacientii de pe lista de asteptare pentru transplant de organe sunt pe lista de asteptare pentru noi rinichi, a spus Atala. Poate că aceste statistici sumbre i-au stimulat și mai mult pe oamenii de știință chinezi să dezvolte rinichi mici tipăriți, dar care, din păcate, nu pot rămâne în viață și funcționali decât patru luni. Atala caută, de asemenea, modalități de imprimare 3D a rinichilor. Într-una dintre ultimele sale vorbitul în public la conferința medicală și tehnologică TED a arătat chiar și un model nefuncțional al acestui organ recreat (o puteți vedea în videoclipul de mai jos).

În cadrul aceleiași prezentări, Atala a împărtășit o poveste despre o operație de transplant de vezică crescută în laborator. El a vorbit despre viitorul medicinei, unde scanere speciale vor studia profunzimea și complexitatea leziunilor, iar apoi vor imprima țesut nou direct pe pacient. Cu toate acestea, pentru a trăi în acest viitor, în care nu vor lipsi organe noi și oricine are nevoie de ele și le poate permite, cunoștințele despre bioprintarea țesuturilor și a organelor trebuie să ocupe un loc ferm în școlile de medicină, colegii, institute și universități. .

Cel mai recent într-o revistă britanică Economistul A fost publicat un articol interesant despre o bioimprimantă care va fi folosită pentru a imprima organe umane!

Chirurgii transplant de organe umane speră că într-o zi vor putea obține toate organele de care au nevoie pentru un transplant la prima solicitare. Un pacient poate petrece acum luni, eventual ani, așteptând un organ de la un pacient potrivit. În acest timp, starea lui se poate agrava. Poate chiar să moară. Datorită organelor artificiale, ar fi posibilă nu numai atenuarea suferinței pacienților, ci și salvarea vieților umane. Acum, odată cu apariția primei bioimprimante 3D comerciale, această posibilitate poate deveni realitate.

Crearea unei bioimprimante

Imprimanta de 200.000 USD a fost dezvoltată ca o colaborare între companiile de medicină regenerativă Organovo din San Diego și compania de inginerie mecanică Invetech din Melbourne. Unul dintre fondatorii Organovo, Gabor Forzak, a dezvoltat prototipul pe care se bazează noua imprimantă 3D. Primele mostre de lucru ale imprimantei vor fi în curând livrate echipelor de cercetare care, precum Dr. Forjak, studiază modalități de a crea țesuturi și organe artificiale. În prezent, cea mai mare parte a acestei lucrări se face manual, folosind dispozitivele existente.

Potrivit lui Keith Murphy, directorul Organovo, la început vor fi create doar țesuturi simple, cum ar fi pielea, mușchii și secțiuni mici de vase de sânge. Cu toate acestea, imediat după finalizarea testării probelor de testat, va începe producția de vase de sânge pentru operații, când este necesară „așezarea” a unor noi vase pentru mișcarea sângelui pentru a le ocoli pe cele deteriorate. După cercetări suplimentare, va fi posibil să se producă organe mai complexe. Deoarece mașinile sunt capabile să imprime rețele de vase ramificate, ar fi posibil, de exemplu, să se creeze rețele de vase de sânge necesare pentru a furniza sânge organelor produse artificial, cum ar fi ficatul, rinichii și inima.

Istoria bioprintingului

Bioimprimanta 3D produsă de Organovo utilizează același principiu de funcționare ca și imprimantele 3D „normale”. Imprimantele 3D funcționează într-un mod similar cu imprimantele convenționale cu jet de cerneală, dar imprimă modelul în 3D. Aceste imprimante pulverizează picături de polimer care fuzionează împreună pentru a forma o singură structură. Astfel, pentru fiecare trecere, capul de imprimare creează o linie mică de polimer pe obiect. Ca urmare, pas cu pas, obiectul capătă forma sa finală. Cavitățile dintr-un obiect complex sunt susținute de „schele” realizate din materiale speciale solubile în apă. Aceste schele sunt spălate după ce obiectul este complet terminat.

Cercetătorii au descoperit că o abordare similară ar putea fi aplicată și materialelor biologice! Dacă puneți secțiuni minuscule de celule una lângă alta, acestea încep să se „topească” împreună. În prezent, sunt cercetate o serie de tehnologii care ar permite crearea de organe umane din celule individuale, de exemplu, tehnologia de „pompare” a celulelor musculare folosind mașini mici.

În ciuda faptului că industria de tipărire a organelor umane este abia în curs de dezvoltare, oamenii de știință se pot lăuda deja cu exemple de succes de creare a organelor umane de la zero. Așa că, în 2006, Anthony Atala, împreună cu colegii săi de la Wake Forest Institute for Regenerative Medicine din Carolina de Nord, SUA, au creat vezici urinare pentru șapte pacienți. Toate încă funcționează.

Procesul de creare a vezicii urinare a fost următorul. Mai întâi, medicul a luat o mostră minusculă din țesutul vezicii urinare a pacientului (pentru a împiedica sistemul imunitar să respingă organul nou creat). Apoi, celulele rezultate au fost aplicate pe vezica biologică, care era o bază de susținere sub forma unei vezici încălzite la temperatura corpului uman. Celulele aplicate au început să crească și să se dividă. După 6-8 săptămâni, vezica urinară era pregătită pentru implantare la pacient.

Avantajul utilizării unei bioimprimante este că nu necesită o bază de susținere („schela”). Aparatul Organovo folosește celule stem derivate din măduva osoasă. Orice alte celule pot fi obținute din celule stem folosind diverși factori de creștere. 10-30 mii dintre aceste celule sunt formate în picături mici cu un diametru de 100-500 microni. Astfel de picături își păstrează bine forma și sunt grozave pentru imprimare.

Deci, primul cap de imprimare așează de fapt picături cu celule în ordinea corectă. Al doilea cap este folosit pentru a pulveriza baza suport, un hidrogel pe bază de zahăr care nu interacționează și nu aderă la celule. Odată ce imprimarea este finalizată, structura rezultată este lăsată timp de una sau două zile pentru ca picăturile să se „topească” unele cu altele. Pentru a crea structuri tubulare, cum ar fi vasele de sânge, se aplică mai întâi un hidrogel (în interiorul și în afara structurii viitoare). După aceea sunt adăugate celule. Imediat ce organul este format, hidrogelul este scos din exterior (ca coaja unei portocale) și scos din interior, ca o bucată de sfoară.

Alte tipuri de celule și baze de susținere pot fi utilizate în bioimprimante. De exemplu, conform domnului Murphy, celulele hepatice pot fi aplicate pe o bază preformată în formă de ficat sau pot fi formate straturi de țesut conjunctiv pentru a crea un dinte. În același timp, noua imprimantă are dimensiuni atât de modeste încât poate fi plasată în siguranță într-un dulap biologic pentru a oferi un mediu steril în timpul procesului de imprimare.

Unii cercetători cred că mașini ca acesta ar putea într-o zi să imprime țesuturi și organe direct în corpul uman! Și, de fapt, dr. Atala lucrează în prezent la o imprimantă care, după scanarea zonei corpului unde este nevoie de grefarea pielii, va putea imprima pielea direct pe corpul uman! În ceea ce privește organele mai mari, dr. Forjac crede că acestea pot lua mai multe forme, cel puțin inițial. De exemplu, pentru a purifica sângele, un rinichi artificial nu trebuie să arate ca un rinichi real sau să îl repete complet funcțional. Acei oameni care așteaptă organe probabil că nu se vor îngrijora prea mult despre cum vor arăta noile organe. Principalul lucru este că lucrează, iar oamenii se simt mai bine.

Ele creează în mod artificial țesut viu prin suprapunerea celulelor vii strat cu strat. În prezent, toate bioimprimatoarele sunt experimentale, totuși, în viitor pot revoluționa medicina.

Bioimprimatoarele pot avea configurații diferite, dar principiul de funcționare este același: scot celule de la un cap de imprimare care se mișcă stânga-dreapta, înainte și înapoi, sus în jos pentru a plasa celulele acolo unde sunt necesare. Astfel, în câteva ore poți obține un obiect organic, care constă dintr-un număr imens de straturi foarte subțiri.

Pe lângă ieșirea celulelor, majoritatea bioimprimantelor produc și un gel solubil pentru a susține și proteja celulele în timpul imprimării.

Pionierii bioprintingului

Au fost deja create mai multe bioimprimante experimentale. De exemplu, în 2002, profesorul Makoto Nakamura a văzut că cerneala scade în standard imprimanta cu jet de cerneala au aproximativ aceeași dimensiune ca și celulele umane. După aceea, a adaptat tehnologia și în 2008 a creat un model de funcționare al unei bioimprimante care imprimă biotubuli care arată ca vase de sânge. Profesorul Nakamura speră că în cele din urmă va fi posibilă tipărirea literală a organelor interne gata pentru transplant.

Un alt pionier în bioprinting este Organovo, care a fost creat de o echipă de cercetare condusă de profesorul Gabor Forgacs de la Universitatea din Missouri. Din martie 2008, Organovo și-a stabilit obiectivul de a bioimprima vasele de sânge funcționale și țesutul cardiac folosind celule derivate din pui. Această lucrare se bazează pe un prototip de bioimprimantă cu trei capete de imprimare. Primele două capete expulzează celulele cardio și endoteliale, în timp ce al treilea eliberează suportul de colagen – așa-numita „hârtie bio” – pentru a susține celulele în timpul imprimării.

Din 2008, Organovo a lucrat cu Invetech pentru a construi bioimprimante comerciale numite NovoGen MMX. Această bioimprimantă este încărcată cu sferoizi de biocerneală umplute cu zeci de mii de celule. Când este imprimat, NovoGen creează primul strat pe hârtie biologică fabricată din colagen, gelatină sau alte hidrogeluri. Apoi sunt introduse (injectate) în el sferoizi de biocerneală. Strat cu strat este adăugat până la crearea obiectului final.

În mod surprinzător, natura își face taxă și sferoizii de biocerneală se îmbină încet. Biohârtia este apoi dizolvată sau îndepărtată în alt mod, rezultând un țesut sau un organ bioimprimat.

După cum a demonstrat Organovo, atunci când se utilizează procesul de bioprintare, nu este necesară imprimarea organului în toate detaliile sale. Este suficient să aranjați corect celulele corespunzătoare în rânduri, iar natura însăși va finaliza munca. Acest proces indică în mod elocvent că celulele conținute în sferoizii de biocerneală sunt capabile să se reconstruiască după imprimare. De exemplu, vasele experimentale au fost tipărite folosind o bioimprimantă folosind sferoizi de biocerneală și au constat dintr-o colecție de țesuturi endoteliale, mușchi netezi și fibroblaste. După ce au fost aliniate (stratificate) de capul bioimprimatorului, celulele endoteliale au migrat în vasele de sânge create, celulele musculare netede s-au mutat în mijloc și fibroblastele au migrat fără intervenție suplimentară.

Celulele țesuturilor și organelor mai complexe, cum ar fi capilarele și alte structuri interne, după imprimarea pe o bioimprimantă, își asumă, de asemenea, independent o poziție naturală. Acest proces poate părea aproape magic. Cu toate acestea, după cum explică profesorul Gabor Forgacs, nu este diferit de procesul care are loc în celulele embrionare, care „știu” să se poziționeze corect și să formeze organe complexe. Natura a dezvoltat această abilitate uimitoare de-a lungul a milioane de ani. Tipurile de celule corespunzătoare, odată intrat locuri potrivite stiu cumva ce sa fac.

În decembrie 2010, Organovo a biotipărit primele vase de sânge folosind celule de la un singur donator. De asemenea, compania a implantat cu succes nervi bioprintați la șobolani, iar experimentele de transplant de țesut bioprintat la oameni sunt planificate pentru 2015. Cu toate acestea, se așteaptă ca prima aplicație comercială a bioimprimantelor să fie în producția de țesuturi structurale umane simple pentru teste toxicologice. Acest lucru va permite oamenilor de știință să testeze medicamente pe modele bioprintate ale ficatului și ale altor organe, reducând astfel nevoia de experimente pe animale.

De-a lungul timpului, odată ce testele pe oameni sunt finalizate, Organovo speră că bioimprimantele vor fi folosite pentru a produce grefe de vase de sânge și vor fi utilizate în operațiile de bypass cardiac. Intențiile companiei includ dezvoltarea pe scară largă a tehnologiilor „personalizate” pentru țesuturi și organe. Pentru a atinge acest obiectiv, cercetătorii lucrează în prezent la crearea de dispozitive mecanice minuscule care pot antrena artificial și, prin urmare, pot întări țesutul muscular bioprintat înainte de a fi implantate în corpul unui pacient.

Organovo se așteaptă ca primul organ uman artificial să fie rinichiul, deoarece aceste organe sunt cele mai căutate pentru transplant. Primii rinichi bioprintați nu trebuie să arate și să funcționeze la fel ca omologii lor naturali. Principalul lucru este că ele curăță sângele de produse metabolice.

Baza regenerativă și oase

Un alt grup de cercetare cu un obiectiv pe termen lung de organe umane personalizate a creat Envisiontec Bioplotter. La fel ca NovoGen MMX de la Organovo, acest bioplotter produce sferoizi de țesut cu cerneală bio și materiale auxiliare, inclusiv suport de hidrogel, colagen și factori de creștere. În plus, Envisontec poate imprima și o gamă mai largă de biomateriale - polimeri biodegradabili și bioceramice care pot fi folosite pentru a susține și modela organele artificiale. Aceste materiale bioimprimate pot fi folosite chiar și ca înlocuitori de oase.

O echipă condusă de Jeremy Mao de la Laboratorul de Inginerie Țesuturilor și Medicină Regenerativă al Universității Columbia lucrează la utilizarea bioimprimantelor pentru a înlocui dinții și oasele. În prezent, o structură de rețea 3D sub formă de tăietor a fost creată experimental și implantată în osul maxilarului unui șobolan. Această structură constă din microcanale care sunt umplute cu substanțe care stimulează dezvoltarea celulelor stem. La doar nouă săptămâni de la implantare, acestea au provocat creșterea ligamentului parodontal și formarea procesului alveolar. De-a lungul timpului, aceste studii le-ar putea permite oamenilor să aibă noi dinți bioprintați sau să-i obțină prin stimularea organismului să-și formeze noi dinți.

Într-un alt experiment, echipa lui Mao a implantat o structură de zăbrele creată cu o bioimprimantă în regiunea femurală a mai multor iepuri. Încă o dată, acest construct a fost saturat cu factori de creștere. În decurs de patru luni, toți iepurii au dezvoltat articulații noi, complet funcționale în jurul acestei rețele, a raportat jurnalul medical The Lancet. Unii iepuri au început chiar să se miște și să pună greutate pe noile lor articulații încă de la câteva săptămâni după operație. În următorul deceniu, persoanele care au nevoie de artroplastie vor putea deja să obțină noi articulații ale șoldului și alte oase create folosind tehnologia de bioprintare. O echipă de la Universitatea din Washington a raportat recent rezultatele a patru ani de muncă folosind o imprimantă 3D pentru a crea un material asemănător oaselor care ar putea fi folosit pentru a repara oasele umane deteriorate în viitor.

Bioprinting in situ

Progresul științific menționat mai sus va permite în cele din urmă obținerea de organe în laboratoare folosind bioimprimante din celulele proprii ale pacientului, ceea ce ar putea duce la o revoluție în medicină. Cu toate acestea, alți cercetători au încercat să meargă mai departe și să dezvolte metode de imprimare a unui nou țesut sau organ direct pe corp. În următorul deceniu, medicii vor putea scana rănile și vor aplica straturi de celule pentru a le vindeca rapid.

Acum, o echipă de cercetători în bioprintare condusă de Anthony Alata de la Școala de Medicină Wake Forrest a dezvoltat o imprimantă care creează pielea. În experimentele lor inițiale, au făcut scanări 3D ale rănilor de testare provocate șoarecilor și au folosit acele date pentru a controla un cap de bioimprimare care pulverizează celulele pielii, coagulanții și colagenul pe rană. Rezultatele acestui experiment au fost, de asemenea, foarte promițătoare: rănile s-au vindecat în doar două până la trei săptămâni (aproximativ cinci până la șase săptămâni în grupul de control).

Proiectul de piele pentru bioprinter este finanțat parțial de armata SUA, care face eforturi pentru bioprintare in situ pentru a trata rănile în luptă. În prezent, lucrarea se află încă în faza de testare preclinică. Alata dezvoltă tehnologia experimentând pe porci. Cu toate acestea, procesele victimelor arsurilor ar putea fi efectuate în următorii cinci ani.

Potențialul utilizării bioimprimantelor pentru a repara țesuturile și organele deteriorate din corpul nostru in situ este enorm. Poate că în următorul deceniu va fi posibilă creație un braț chirurgical robotizat cu un vârf sub forma unui cap de bioimprimare, care va pătrunde în corp și va repara deteriorarea la nivel celular. Pacienții vor trebui în continuare să se odihnească și să se recupereze timp de câteva zile, în timp ce materialul biotipărit devine țesut viu complet matur. Cu toate acestea, majoritatea pacienților își vor putea recupera în cele din urmă după o intervenție chirurgicală foarte mare în mai puțin de o săptămână.

Utilizare în cosmetologie

La fel ca și recuperarea organe interne bioprinter printr-o mică incizie pe corpul pacientului, utilizarea acestei tehnologii are perspective mari în domeniul cosmetologiei. De exemplu, bioimprimantele pot fi create pentru a imprima fețe umane. Acestea vor vaporiza țesuturile existente și le vor înlocui simultan cu celule noi, creând o nouă față la cererea pacientului.

Chiar și menționând că celulele feței tale sunt arse încet de un laser și imprimate la comandă sugerează o tortură teribilă pe care nimeni nu va dori să o îndure vreodată. Cu toate acestea, mulți oameni astăzi trec sub cuțit pentru a obține rezultate mult mai puțin cosmetice. Când tehnologia devine disponibilă pentru bioprintarea fețelor noi, ca să nu mai vorbim de imprimantele care pot imprima noi mușchi fără să-și facă timp pentru a le antrena, este foarte probabil ca aceasta să fie solicitată pe piața cosmetică.

Materialul a fost pregătit de editorii site-ului Technolife pe baza informațiilor obținute din surse deschise. Surse: www.organovo.com, www.envisiontec.de. Orice utilizare a acestui material de către publicațiile de pe Internet este posibilă numai cu un link activ către site-ul web Technolife.

Din 2012, este posibil să se imprime proteze și implanturi ale sistemului musculo-scheletic uman pe imprimante 3D. Vertebrele și discurile intervertebrale din plastic și cauciuc sunt deja destul de bine stăpânite și se stăpânește treptat un nivel mai complex - imprimarea organelor și părților corpului uman la nivel celular. În clinicile din SUA, Europa și Japonia, care sunt înaintea celorlalți în cercetarea științifică în medicină, chiar acum experimentează cu celule stem pentru a crea astfel de părți ale corpului care să fie complet implantate în corpul uman.

Pentru a vă face o idee mai bună asupra amplorii progresului, putem cita datele Oxford Performance Materials, care vorbesc despre 450.000 de pacienți în întreaga lume și investiții de 2 miliarde de dolari.Utilizarea celulelor stem și a celulelor proprii umane este discutabilă, dar este tocmai un astfel de material care elimină complet riscul respingerii. . Celulele stem nu sunt singura resursă pentru o imprimantă 3D, oamenii de știință lucrează deja la o combinație de fibre de plastic și celule vii, fără de care crearea unor organe cu adevărat complexe este de neconceput. De acord, una este să imprimați o proteză osoasă și o altă parte a ficatului sau a inimii.

Până acum, astfel de organe complexe nu pot fi realizate complet, dar, de exemplu, pielea imprimată este deja folosită cu putere pentru transplant în centrul de arsuri din SUA. Patronii și doar oamenii de afaceri din întreaga lume investesc în imprimarea medicală 3D, conform unui studiu realizat de Grand View Research, până în 2020, piața de imprimare 3D va fi mai mare de un miliard de dolari, imprimantele în sine vor deveni rapid mai ieftine și atunci este un aruncare de piatră înainte de lansarea de masă, modele acasă .

Ce succese ne poate oferi medicina în acest moment?

Scull

În martie anul trecut, chirurgii au înlocuit 75% din craniul uman cu o proteză din plastic. Oasele separate, precum oasele maxilarului, au fost „montate” în capul unei persoane înainte, dar nimeni nu a făcut vreodată o astfel de înlocuire, mai ales într-o singură etapă și cu ajutorul unei imprimante 3D.

Coloana vertebrală

După cum am scris deja mai sus, înlocuirea vertebrelor și a discurilor intervertebrale este aproape stăpânită, dar mai recent, chinezii au făcut o nouă descoperire și au înlocuit o vertebră cu o tumoare a măduvei spinării pentru un băiat de 12 ani. Materialul a fost făcut poros, astfel încât nu trebuie să schimbați în mod constant vertebra - pur și simplu va dobândi țesut osos nou și va deveni parte integrantă a corpului.

Ureche

Urechea bionică a fost creată din celule de vițel, un gel polimeric și nanoparticule de argint. Drept urmare, medicii de la Universitatea Princeton au creat o adevărată „ureche a viitorului”, care este capabilă să perceapă undele radio care nu sunt captate de urechea umană obișnuită. Potrivit oamenilor de știință, aceștia pot stăpâni „conexiunea” unei astfel de urechi cu neuronii creierului, astfel încât să poată percepe ceea ce aude.

germen

Nu chiar un organ viu, însă, compania japoneză Fasotec folosește imagistica prin rezonanță magnetică pentru a imprima într-un cub transparent care imită uterul, o copie exactă a copilului tău nenăscut. Arată fantastic și înspăimântător în același timp, dar până acum medicilor le place acest proiect temeinic comercial, deoarece cu ajutorul lui se va putea observa dezvoltarea corectă a fătului, ținând practic modelul copilului în mâini.

Arme

Când Richard Van Yes, născut în Africa de Sud, i s-a tăiat degetele mâinii drepte într-un atelier de tâmplărie, l-a găsit pe Ivan Owen din Washington, DC, care a construit prototipuri de mâini mecanice. Împreună au fondat Good Enough Tech, au dezvoltat Robohands și au stăpânit imprimarea 3D a „robohands”, reducând semnificativ costul produsului final. Cu ajutorul Makerbot, care le-a împrumutat atât imprimante, cât și resurse de imprimare, acești doi entuziaști au ajutat deja peste 200 de oameni din întreaga lume.

Ficat

Nu este încă posibilă imprimarea unui organ complet, datorită complexității sale, cu toate acestea, imprimarea țesutului hepatic din hepatocite, celule stelate și celule epiteliale a fost deja stăpânită. Acest succes datează din 2013, așa că o descoperire științifică la „imprimarea” întregului ficat este destul de posibilă în viitorul apropiat.

Nas

Medicii și cercetătorii coreeni au reconstruit cu succes un nas artificial imprimat 3D pentru un băiețel de șase ani. Nerkha, un băiat din Mongolia, s-a născut fără nas și nări, ceea ce este extrem de rar. Bebelușii născuți fără nas pot respira corect și majoritatea mor în decurs de 12 luni. Medicii din Seul, unde părinții l-au adus pe băiat, au creat o structură de susținere a căilor respiratorii folosind tehnologia de imprimare 3D. Într-o serie de operații, medicii i-au restaurat nasul lui Nerja. Nările pacientului au fost create folosind propriul țesut osos. Acum poate respira normal și arată mult mai bine.

„Imprimarea” organelor umane pe o imprimantă 3D

Abonează-te la Qibble pe Viber și Telegram pentru a fi la curent cu cele mai interesante evenimente.

Copie redusă a urechii umane din biogel

Institutul Wake Forest pentru Medicină Regenerativă

Oamenii de știință de la Școala Medicală Wake Forest au dezvăluit o bioimprimantă care imprimă țesuturi umane din celule vii care își pot păstra forma și prinde rădăcini în organism. În viitor, țesuturile și organele bioprintate pot înlocui protezele artificiale. Lucrările cercetătorilor au fost publicate în jurnal Natură.

Pentru a crea organe și țesuturi, imprimanta folosește un hidrogel special și un material plastic biodegradabil. Hidrogelul este o combinație de gelatină, fibrinogen, acid hialuronic și glicerină cu o concentrație destul de mare de celule vii. În primul rând, imprimanta creează cu atenție obiecte tridimensionale din ea strat cu strat, apoi le acoperă cu o înveliș exterioară de polimer degradabil. Acest înveliș ajută la menținerea organelor și țesuturilor în formă.

După ce țesuturile sunt transplantate în corp, învelișul polimeric se descompune treptat. În același timp, celulele încep să elibereze independent matricea, care oferă suport mecanic pentru celule și, în cele din urmă, nevoia de material suport dispare. Întregul volum de țesut artificial este pătruns de o rețea de microcanale prin care oxigenul și nutrienții pătrund în celule.

Până acum, oamenii de știință au creat un analog de gel al osului calvariului de șobolan pe baza de celule stem umane din lichidul amniotic, copii mai mici ale urechii umane din condrocite de iepure și mai mulți „mușchi” folosind mioblastul C2C12 de șoarece. Cercetătorii au testat toate probele în laborator și in vivo, implantându-le sub pielea șobolanilor și șoarecilor.

Rezultatele, potrivit oamenilor de știință, au fost promițătoare. Auriculele implantate la șoareci și-au păstrat forma după două luni, iar conținutul de glicozaminoglicani, care fac parte din matricea celulară, a crescut cu 20 la sută. Țesutul muscular, întins de-a lungul structurii de susținere, și-a păstrat, de asemenea, caracteristicile mecanice după două săptămâni. Nervul peronier implantat în implant și-a păstrat și el integritatea, iar contactele nervoase cu α-BTX+ din interiorul implantului au fost observate în țesut. În analogul gel al osului calvariului la șobolani, țesutul osos vascularizat sa format cinci luni mai târziu.

Potrivit autorilor, acum este necesar să aflăm cât de sigure sunt implanturile bioprintate pentru oameni. Cel mai probabil, structurile cartilajului, adică auriculele, vor fi testate mai întâi, deoarece, spre deosebire de mușchi și oase, cartilajul nu necesită un sistem extins de vase de sânge.

Ideea de imprimare 3-D a organelor, în general, nu este nouă. Oamenii de știință lucrează activ la această tehnologie, deoarece nu numai că va permite crearea de bioimplanturi pentru transplantul uman, ci și, de exemplu, să efectueze studii clinice cu medicamente pe organe și țesuturi individuale. Deci, compania Organavo este în prezent implicată în imprimarea 3D a țesutului renal pentru testarea medicamentelor.

Kristina Ulasovici