Wydrukuj sobie nerkę

Drukarki 3D są coraz popularniejsze. Te urządzenia przynoszą wymierne korzyści nie tylko tworząc unikatowe trójwymiarowe modele lub prototypy. Druk w 3D otworzył wielkie perspektywy przed medycyną.

<!** Image 2 align=none alt="Image 197810" sub="Technologia druku 3D pozwala wykonywać nie tylko przedmioty z syntetyków, ale również części zamienne ludzkiego organizmu">Technologię drukowania 3D wynaleziono pod koniec lat 80. XX wieku w Massachusetts Institute of Technology w USA. Cechą charakterystyczną tej metody jest budowanie obiektu poprzez natryskiwanie kolejnych warstw materiału. Drukowanie przestrzenne pozwalało dotąd szybko i precyzyjnie wykonywać prototypy oraz mikroskopijne urządzenia. Teraz przyszedł czas na druk syntetycznych tkanek.

<!** reklama>W połowie września tego roku o przełomie w medycznym zastosowaniu druku 3D poinformowali uczeni z University of California w San Diego. Zespół ekspertów z tamtejszego Laboratorium Nanoinżynierii, kierowanego przez dr. Shaochen Chena, opracował technologię trójwymiarowego drukowania naczyń krwionośnych z biokompatybilnego miękkiego hydrożelu. Do tego proces druku w mikroskali trwa zaledwie kilka sekund.

Wynalazek ten nie tylko rozwija wiedzę medyczną, upraszczając prowadzone w laboratoriach eksperymentalne hodowle ludzkich komórek, ale zapowiada też rewolucję w salach operacyjnych. Po opracowaniu nowej technologii, zespół dr. Chena rozpoczął badania nad metodą taniego i szybkiego drukowania tkanek do przeszczepów, na przykład do naprawy uszkodzeń spowodowanych przez atak serca. Dzięki temu rozwiązaniu można tworzyć trójwymiarowe fragmenty w mikro, a nawet nanoskali.

- Wysoka rozdzielczość jest niezbędna, jeśli chcemy drukować tkanki naśladujące to, co wytworzyła natura - wyjaśnia dr Chen. - Tylko w ten sposób będziemy mogli w trójwymiarowo drukowanych nerkach lub wątrobie wytworzyć naczynia krwionośne, które są niezbędne do dystrybucji składników odżywczych i tlenu w całym organizmie. Inaczej cała ta zaawansowana technologia pozostanie bezużyteczna dla medycyny.

Prace tych amerykańskich nanoinżynierów - ekspertów, tworzących konstrukcje z cząstek, a nawet atomów - są poważnie zaawansowane. Nowa technologia powstała w ramach szeroko zakrojonego projektu badawczego, finansowanego przez amerykański National Institutes of Health. Plan działań rozpisano na cztery lata, a dofinansowanie wyniosło 1,5 mln dolarów.

Wyniki prac dr. Chena niewątpliwie zainteresują zespół ekspertów dr. Gabora Forgacsa, biofizyka z University of Missouri - Columbia. Ci uczeni pracują nad technologią drukowania całych ludzkich organów do przeszczepu. Program finansuje amerykańska Narodowa Fundacja Nauki (NSF), która przeznaczyła na ten cel 5 mln dolarów. Jak dotąd, uzyskano bioatrament i biopapier ze zmodyfikowanej żelatyny i bogatego w cukry kwasu hialuronowego. Na tę substancję drukarka nanosi mikrokrople tkanki. Proces jest powtarzany, aż organ uzyska realną, kilkucentymetrową grubość. Potem konstrukcja umieszczana jest w aparaturze, w której w ciągu kilku dni rozwijają się połączenia między komórkami. Jak dotąd, zawodne okazywały się najmniejsze struktury, właśnie naczynia krwionośne. Teraz jednak wynalazek zespołu dr. Chena pomoże rozwiązać ten problem.

Na miękkich tkankach medyczne zastosowanie druku w 3D się nie kończy. Zespół dr. Susmita Bose, wykładowcy na Washington State University, wynalazł na początku tego roku technologię trójwymiarowego druku, pomagającą regenerować kości, zarówno złamane, jak też ze sporymi ubytkami u ofiar wypadków. Drukarka 3D wytwarza rusztowanie z substancji przypominającej ludzką kość. Po wszczepieniu jednostkowo dopasowywanej struktury zostaje ona obrośnięta tkanką kostną likwidując uszkodzenia. Kształtki są drukowane na wymiar z ceramicznej substancji, której nie odrzuca system obronny ludzkiego organizmu.

- Wyniki są obiecujące, więc już za kilka lat ta technologia będzie powszechnie stosowana - zapewnia dr Bose w wypowiedzi udzielonej BBC. - Zastosowanie nowej metody jest szerokie, od ortopedii po stomatologię.

Inną metodę tworzenia kości za pomocą drukarek 3D opracował zespół lekarzy ze szpitala w Monklands w Szkocji. Eksperci kierowani przez dr. Marka Frame postawili na drukowanie całych kawałków kości. Najpierw uszkodzony obszar jest skanowany aparaturą CAT, tworząc trójwymiarowe zdjęcia uszkodzeń. Potem za pomocą specjalistycznego oprogramowania przygotowuje się dane dla drukarki. Na końcu powstaje wierna replika kości, którą chirurdzy wszczepiają pacjentowi. Technologia wynaleziona przez szkockich lekarzy ma jeszcze tę zaletę, że obniża koszty operacji aż o 90 proc.

Szczególne możliwości drukarek 3D pozwalają wytworzyć niemal wszystko, nawet imitację ludzkiej tkanki. Dzięki technologii trójwymiarowego druku właśnie przed medycyną otwierają się perspektywy dynamicznego rozwoju.

Fakty

Drukowane nerwy

<!** Image 3 align=none alt="Image 197810" sub="Wydrukowane z hydrożelu syntetyczne naczynia krwionośne">Naukowcy z Londynu, dr Suwan Jayasinghe z University College oraz dr Peter Eagles i dr Amer Qureshi z King’s College, opracowali w 2008 r. metodę drukowania komórek nerwowych.

Ta technologia oparta jest nie na drukarce 3D, lecz zmodyfikowanej drukarce atramentowej. Zamiast atramentu używa się ludzkich komórek, które wtryskiwane są do odżywczej cieczy i pobudzane ładunkami prądu elektrycznego.