Wie 3D-Drucker Knochen, Blutgefäße und Organe drucken

Zu Beginn der Entwicklung der Rapid-Prototyping-Technologie wurde allgemein angenommen, dass der 3D-Druck die gesamte Produktion verändert und die Verbraucherrevolution anregt, so dass der Drucker in jedem Haus zu sehen sein wird. Dies ist jedoch noch nicht geschehen, wie es bei vielen neuesten Technologien der Fall war. Rapid Prototyping fand seine Anwendung auf einem ganz anderen Gebiet - in der Medizin.

Ein Artikel von der Gizmodo-Website.

Im Folgenden konzentrieren wir uns auf Forschungen und Projekte, die die interessantesten Beispiele für die Verwendung von Bioprinting und die Verwendung computergesteuerter Maschinen zum Zusammenbau von biologischem Material sind, bei denen organische Tinte und ultrastarke Thermoplaste verwendet werden. Das Anwendungsspektrum des Bioprintings ist sehr breit - von der Rekonstruktion der Hauptteile des menschlichen Schädels bis zum Drucken von Gerüsten - Gerüsten, auf denen sich Stammzellen zu neuen Knochen entwickeln können. Lesen Sie die Details unten.

Schädel

Osteofab ist ein Produkt von Oxford Performance Materials . Ursprünglich kam OPM auf den Markt und verkaufte ein hochwirksames Polymer, das häufig bei der Herstellung von medizinischen Implantaten verwendet wird, als Thermoplast namens Polyetherketonketon (PEKK). In den letzten Jahren beherrschte das Unternehmen jedoch als erstes Unternehmen die Verwendung dieses Materials, insbesondere in der additiven Fertigung . So wurde im Februar 2013 ein 3D-Implantat eines Teils des Schädels bei einem amerikanischen Patienten installiert , dessen Qualität von der FDA genehmigt wurde. Das Gießen und Drucken wurde sehr sorgfältig angegangen, um der einzigartigen Geometrie des Schädels des Patienten zu entsprechen, von dem 75% jetzt ein Implantat sind.

Leder

Das Hauptproblem bei der Erstellung neuer Haut mit Hilfe des Druckens ist die Schwierigkeit, einen bestimmten Farbton aus dem gesamten möglichen Spektrum zu reproduzieren. Da unsere Haut einzigartig, dünn und veränderbar ist, ist es ziemlich schwierig, eine genaue Kopie davon zu erstellen. Es gibt viele interessante Studien zu diesem Thema, deren Kern nicht in eine Kurzgeschichte eingearbeitet werden kann.

Hier sind jedoch zwei der interessantesten: Der Wissenschaftler James Yoo von der Wyake Forest University arbeitet mit einem vom US-Verteidigungsministerium finanzierten Stipendium an einer Maschine, mit der Haut direkt auf verbrannte Personen gedruckt werden kann. Eine weitere Studie wird von Wissenschaftlern der Universität Liverpool durchgeführt, die sorgfältig kalibrierte 3D-Scanner verwenden, um Hautproben mit all ihren kleinsten Nuancen zu erhalten, mit denen in Zukunft realistischere Implantate gedruckt werden können.

Die Studie ist noch nicht abgeschlossen, und das Team plant, eine „Hautprobenbasis“ mit gescannten Beispielen zu erstellen, die von entfernten Krankenhäusern aus angeschlossen werden können, in denen keine Kameras zum Scannen der Haut eines bestimmten Patienten erforderlich sind. [ Gizmodo ; PhysOrg ]

Nasen und Ohren

Das Erstellen von Prothesen für Ohren, Nasen und Kinn ist sowohl für den Patienten als auch für den Arzt selbst oft ein schmerzhafter, teurer und zeitaufwändiger Prozess. In den letzten 5 Jahren hat der britische Industriedesigner Tom Fripp zusammen mit Wissenschaftlern der University of Sheffield eine billigere und einfacher herzustellende Gesichtsprothese entwickelt, die im 3D-Druck erhältlich ist. Der Prozess der Herstellung einer solchen Prothese umfasst einen 3D-Scan des Gesichts des Patienten (der viel weniger schmerzhaft ist als das Gießen), das Modellieren des ersetzten Teils und das Drucken mit Pigment, Stärke und medizinischem Silikon.


Solche Prothesen haben einen zusätzlichen Bonus: Wenn sie abgenutzt sind (was letztendlich sowieso passieren wird), können sie erneut gedruckt werden und sind finanziell sehr billig. [ Der Wächter ]

Zahnersatz

Fripp und das Team der University of Sheffield veröffentlichten die Ergebnisse der Prüfung eines ähnlichen Verfahrens zur Herstellung von Augenprothesen. Augenprothesen sind teuer, und da sie manuell signiert werden, kann die Herstellung mehrere Monate dauern. Fripp Designs-Drucker können in einer Stunde 150 Augenprothesen herstellen, und Details wie die Farbe der Iris, die Größe und die Anzahl der Blutgefäße können je nach den Bedürfnissen des Patienten leicht geändert werden. [ PhysOrg ]

Funktionelle Implantate

Da elektronische Geräte - von Drohnen bis zu medizinischen Implantaten - immer kleiner werden, bemühen sich Wissenschaftler, Batterien für sie zu entwickeln, die klein genug sind, aber gleichzeitig die erforderliche Ladung liefern können. Ein Team von Ingenieuren der Harvard University, die einen 3D-Drucker verwenden, druckt jedoch bereits Mikrobatterien von der Größe eines Sandkorns. In der Pressemitteilung heißt es:

„... die Forscher haben Tinte für die Anode aus Nanopartikeln einer Lithiumoxidverbindung sowie Tinte für die Kathode aus Nanopartikeln eines anderen Typs dieser Verbindung hergestellt. Der Drucker trug Tinte auf die Zähne von zwei Goldkämmen auf und erzeugte so eine fest gebundene Struktur aus Anoden und Kathoden. Dann legten die Wissenschaftler die Elektroden in einen winzigen Behälter und füllten ihn mit einer Elektrolytlösung, um eine Batterie zu erhalten. “

Mit der Zeit werden sie in der Lage sein, medizinische Implantate aufzuladen, deren Verwendung durch die bestehenden Probleme beim Aufladen eingeschränkt wird. [ Harvard ]

Knochen

3D-gedruckte Implantate wie der Kiefer gibt es schon seit mehreren Jahren. Eine kleine Gruppe von Forschern führt jedoch ein Experiment durch, dessen Zweck es ist, echte Knochen zu drucken. Zum Beispiel hat der Wissenschaftler Kevin Shakeshuff von der University of Nottingham einen Bioprinter erfunden, der Matrices aus Polymilchsäure und Gelatinealginat erzeugt, die dann mit Stammzellen beschichtet werden.



Die implantierten Matrizen lösen sich allmählich auf und werden durch einen neu wachsenden Knochen ersetzt: Es dauert ungefähr drei Monate, bis der Knochen vollständig transformiert ist. [ Forbes ]

Blutgefäße und Zellen

Wir können bereits Organe drucken, aber es gibt ein ernstes Problem bei der Schaffung eines funktionierenden Kreislaufsystems.

Der deutsche Wissenschaftler Gunter Tovar, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Interphasentechnik und Biotechnologie, ist an einem Projekt namens BioRap beteiligt. Seine Aufgabe ist es, einen 3D-Drucker zum Drucken von Blutgefäßen zu verwenden, bei dem eine Mischung aus synthetischen Polymeren und Biomolekülen verwendet wird. Gedruckte Kreislaufsysteme werden an Tieren getestet - sie sind noch nicht bereit für die Einführung in den menschlichen Körper. Letztendlich werden sie jedoch die Transplantation von Printmedien ermöglichen. [ Fraunhofer-Institut ]

Wie stellen Sie sich die Aussichten des 3D-Drucks mit lebenden und künstlichen Ersatzmaterialien für den menschlichen Körper vor? Werden wir bald in der Lage sein, volle Organe wie die Leber zu wachsen und zu ersetzen? Teilen Sie Ihre Meinung in den Kommentaren.