3D-печать органов : как биопринтер может спасти жизнь / Хабр

3D-печать органов : как биопринтер может спасти жизнь / Хабр 3d печать
органы , органы чувств, мозг, медицина будущего, биотехнологии, печать, 3d-печать , 3д-принтер, 3д моделирование

3D-печать органов : как биопринтер может спасти жизнь

3D-печать органов : как биопринтер может спасти жизнь / Хабр

Традиционные принтеры работают в двухмерном пространстве и переносят изображение на материал; трехмерные принтеры совершенствуют эту технологию, поскольку имеют доступ к осям X, Y и Z. Трехмерная печать состоит из слоев объектов, определяемых оператором компьютера. Процесс 3D-печати основан на компьютерной печати объекта. Мы уже можем создавать аксессуары для автомобилей, игрушки и скульптуры. Однако трехмерные принтеры может не только облегчают процесс производства, но и спасают ситуацию. жизни людей.

3D-печать органов : как биопринтер может спасти жизнь / Хабр

По сути, это жизнь. организм — По сути, это целая индустрия. Ее успех напрямую зависит от того, насколько слаженно и качественно работает инструмент. Наши. органы Они прошли долгий путь, чтобы стать нашими сегодняшними «я». Каждый из них имеет свою структуру, свою анатомию и занимает определенное место в катаракте нормальных реакций.

Человеческий организм Мы эволюционировали с агрессивным и жизнестойким складом. Мы можем очень долго жить в травмирующих условиях. Загрязненный воздух. Неправильное питание. Токсины в пище. Все это медленно, но неуклонно подрывает нашу жизнеспособность. Что нам делать? орган Отказаться? В начале XX века наука достигла того уровня, когда стала возможной трансплантация. Казалось бы, все просто: извлекаешь донорский орган. орган Пересадить его пациенту и добиться успеха.

Только если наши клетки имеют уникальные антигены на поверхности мембраны. Когда иммунная система видит что-то, что не находится под ее знаменем, она немедленно запускает воспалительную реакцию: Т-Т-клеточки вырабатывают антитела, которые плывут к чужеродным клеткам. Они начинают проникать через клеточную мембрану и убивать ткань.

В случае с костным мозгом этот орган не отличается агрессивностью. к органу Однако трансплантат против реципиента. Ослабление. организм Он не выдерживает противостояния между своими частями. Это приводит к самым ужасным последствиям вплоть до смерти человека.

3D-печать органов : как биопринтер может спасти жизнь / Хабр

Техническое исполнение процедуры зависит от компетентности и опыта хирурга. Проблемы с имплантацией. органа — Уже давно существует рана имплантации. Современные технологии, разработанные в тесном сотрудничестве с информатикой, открывают захватывающую перспективу решения этой трудности и спасения тысяч жизней. жизней . Суть в том, что вам не нужно искать орган находить антигенное соответствие для пациента. Инструмент. можно Может быть создан искусственно. Здесь на помощь приходит 3D-печать. биопринтеры Технология 3D-печати.

Как работают 3D-принтеры.

Биопринтеры ничем не отличаются от своих промышленных аналогов, за исключением того, что они печатают живые клетки на коллагеновой матрице. Коллаген — это белок с нитевидной структурой, который служит специальным клеточным каркасом. Врач берет клетки пациента и помещает их в инкубатор, где создаются условия для роста клеток. После накопления достаточного количества материала оператор готов к печати.

3D-печать органов : как биопринтер может спасти жизнь / Хабр

В этом процессе участвуют простые ткани, такие как кожа. Некоторые клетки, такие как клетки крови и кардиомиоциты, находятся на последних стадиях развития. Держать их в чашке — непосильная задача. Гораздо проще создать этих не склонных к сотрудничеству партнеров из стволовых клеток.

На пальцах клетку можно Сравните это с биологической фабрикой, производящей определенное вещество. Все клетки имеют одинаковые гены. Ядро действует как компьютер, а нить ДНК — как жесткий диск, на котором записаны программы. В молекулярной биологии есть ряд постулатов: гены, белки и признаки. Эти самые гены можно Они могут быть активированы или подавлены и заставляют клетки функционировать совершенно по-разному.

Стволовые клетки можно считать клетками-предшественниками, из которых возникает все. Их можно Они направляют их на путь специализации, превращая в ткани, которыми они должны стать. Именно из них формируются строительные блоки органа .

Мягкие.

Создание 3D-конструкции начинается с компьютерной модели Когда мы говорим о создании 3D-конструкции. органов Создание 3D-структуры начинается с компьютерной модели. При диагностике создаются двухмерные сечения анатомических структур. Модель на основе сечений становится отправной точкой для 3D-печати.

Компания Allevi является крупным игроком на рынке биопечати; в сентябре 2015 года программное обеспечение «Allevi Bioprint PRO» стало доступно для профессионалов. Облачное программное обеспечение может использоваться с любого компьютера и включает в себя технологию моделирования с возможностью резки. Это позволяет специалистам сосредоточиться на управлении биомедицинским производством, а не настраивать принтеры на длительное время.

В то же время новый продукт компании Cellink сделал серьезную заявку на звание самого универсального и продвинутого программного обеспечения для биопечати. Принтер «BIO X6» не похож ни на один другой в мире, он позволяет комбинировать огромное количество материалов, клеток и других инструментов для искусственного создания человеческого тела. органов .

Что можно создать на биопринтере

Человеческое тело — это сложная структура, включающая в себя огромное количество биологических тканей. Оно координирует их деятельность. Удовлетворяет их потребности. Чтобы объяснить всем… органу Что ему нужно. Все это накладывает на специалистов большую ответственность, но обеспечить спасение пациента и высококачественный уход — не выход. жизни стоит всех трудов.

Орган пронизан густой сетью капиллярных сосудов. Каждый кровеносный сосуд действует как магистраль, несущая кислород, питательные вещества и кровь в нервные клетки. Нервные кабели передают команды от ядра мозга. Многие клетки, кажется, «знают», в каком направлении им расти, но все же нуждаются в биологической основе.

От выявления нормальных процессов до понимания того, как на них влияют годы. Хронические клинические испытания, сбор статистики и обработка информации. Также необходимо выяснить, насколько безопасен изобретенный метод лечения и каковы его долгосрочные последствия. Также требуется время и силы на разработку специализированного программного обеспечения. Высокотехнологичная медицина развивается на основе тесного соединения математики, биологии, клеточного развития какари и информационных технологий.

Разработчики, врачи, инженеры и биологи будут трудиться день и ночь, чтобы те, кто нуждается в помощи, могли ее получить. Технология трехмерной печати еще не совершенна, но прогресс уже впечатляет. Итак. же можно Хотите печатать на 3D-принтере? Начните с простого композита.

Искусственная кожа

Кожа выступает в качестве первого барьера, отделяющего внутреннюю среду организма от остального мира. Кожу можно регенерировать. Она легко реагирует на лабораторные стимулы роста, а ее структурные элементы переносят недостаток кислорода.

Пересадка кожи очень важна для сочетания с медицинской помощью при ожогах. Ожоги — это не только боль. Мертвая кожа позволяет бактериям проникать внутрь. Влага активно испаряется с поверхности. Воспаление, возникающее после термической травмы, неизбежно запускает в организме очень нехорошие процессы.

3D-печать органов : как биопринтер может спасти жизнь / Хабр

Исследовательская группа из Медицинской школы Уэйк Форест опробовала аппарат для печати на коже биопринтер Сканер, который может печатать кожу прямо на ожогах. Сканер исследует поверхность и глубину раны. Печатающая головка наносит клеточную культуру. Для эффективного заживления раны необходимо покрыть одну десятую часть площади дефекта. При помещении внутрь организма количество клеток кожи начинает увеличиваться, и рана начинает заживать.

Грубая.

Хрящи плотнее кожи, но их легко подвергнуть биопсии. Уши и глаза формируют эстетический контур лица. Пациенты, пострадавшие в дорожно-транспортных происшествиях или получившие другие травмы, становятся клиентами пластических хирургов. В настоящее время существует широкий выбор силиконовых дополнений, несколько отличающихся по носу матери. Проблема, что организм Она заключается в том, что нос воспринимается как чужеродный.

3D-печать органов : как биопринтер может спасти жизнь / Хабр

В 2015 году исследователи из Цюриха нашли способ напечатать настоящий нос всего за 20 минут. Посмотрите, что об этом говорит Мэтти Кести:

«Клетки берут у травмированного человека — из колена, сломанного носа или уха. Мы выращиваем их в лаборатории. Затем мы смешиваем биодеградат из этой суспензии». биопринтер Создается модель носового хряща. Хирург вживляет ее во время операции. Многосторонняя матка затем дегенерирует, оставляя только родной хрящ. Дополнительным преимуществом является то, что имплантат растет вместе с пациентом. Это особенно важно для детей».

Кровеносные сосуды

Кровь течет по сосуду, как по трубе. Питание. органов Это напрямую зависит от того, насколько здоров сосуд. От сосудистых катастроф умирают тысячи людей. жизней Первая связана с атеросклерозом, когда к стенкам сосуда прилипают жировые бляшки. Вокруг него вырастает кровяной сгусток. Состояние, при котором он отделяется, называется «тромбоэмболия». С током крови тромб выбрасывается в сосуд в небольшом просвете и закупоривает его полностью.

Конечно, атеросклеротические бляшки. можно Их можно удалить с помощью сосудистой хирургии. Но почему бы не создать более здоровый сосуд? Моника Мойя из Свободной национальной лаборатории решает эту задачу. Сосуды, созданные по ее методике, могут самостоятельно прорастать в подлежащие ткани. Комбинируя технику Мойи с классическим биопринтингом, можно можно создать нечто гораздо более сложное. органы , чем кожа или хрящ.

3D-печать органов : как биопринтер может спасти жизнь / Хабр

Моника Мойя в своей работе.

Скелет.

Переломы — одна из областей травматизма. Костный каркас — это каркас, в котором держатся остальные ткани. Костные сочленения бывают разных форм, но в контексте биовозрождения особое значение имеют травмы и сочленения позвоночника. Несмотря на свою жестокость, кости являются живыми и поэтому склонны к воспалениям и выкидышам. С помощью современного титана люди возвращают себе способность двигаться, но все металлы вызывают реактивные реакции.

Необходимость соответствия между хрящом и костью подливает масла в огонь. Без этого сустав не может функционировать. Команда из Университета Суонси разработала метод производства биологических животных.

3D-печать органов : как биопринтер может спасти жизнь / Хабр

В течение двух часов печатаются крошечные кости. Итак, это можно Она проводится в операционной. Там, где имплантат прикрепляется к тканям человека, он покрывается его собственными стволовыми клетками. Культура клеток поддерживается в матрице из альгинатного гелеобразного материала. После имплантации в организме начинается процесс регенерации, в результате которого формируется полноценная кость.

Мочевой пузырь.

3D-печать органов : как биопринтер может спасти жизнь / Хабр

Университет Уэйк Форест в США добился значительных успехов в области создания искусственных мочевых пузырей. Однако то, что разработали американские ученые, — это не просто биопротез. Это полноценный орган Он полностью выращивается в инкубаторе. После имплантации в организм пациента биополимер начинает растворяться, оставляя на финальной стадии только живую ткань.

Почка.

Ежегодно множество людей умирает из-за заболеваний выделительной системы. жизней . Почки постоянно фильтруют кровь и выводят токсины. Когда этот процесс прерывается, организм вы буквально захлебываетесь собственным ядом. Технологии гемодиализа и плазмообмена частично решают эту проблему, но пациенты все равно сталкиваются с необходимостью регулярно посещать диализные центры.

Почка имеет сложную внутреннюю структуру, состоящую из канальцев и петель. Создать такую вещь кажется невозможным. Ученые из Института регенеративной медицины категорически против этого.

3D-печать органов : как биопринтер может спасти жизнь / Хабр

Энтони Атала, профессор урологии, представил полную почку, взятую из одной из почек. из биопринтера При этом использовался метод струйной печати. Клетки пациента помещаются в матрицу. Матрица создана на основе двухмерного поперечного среза, полученного с помощью магнитно-резонансной томографии.

Сердце.

В скользящей природе жизненно важных клеток. органов Это и есть сердце. Его иногда сравнивают с насосом, но такая аналогия слишком дикая. Во-первых, сердце состоит из кардиомиоцитов — особых мышечных клеток, которые могут сокращаться один раз. Цикл сокращения и растяжения регулируется вегетативной нервной системой. Электрические импульсы генерируются в синусах. Они распространяются по шипящим пучкам в левой и правой ветвях.

Пациент может жить некоторое время с почечной недостаточностью. Однако нарушения ритма и проводимости могут привести к летальному исходу, не говоря уже о всевозможных сердечных приступах. Сердце редко восстанавливается. Если оно даже частично мертво, исправить этот факт невозможно.

Еще одна проблема — сложность трансплантации сердца. Поддерживать жизнь одного человека недостаточно. орган Перед операцией необходимо сохранить тело уже умершего донора. Пересадка сердца — тоже непростая задача. Необходимо поддерживать кровообращение пациента даже при отсутствии сетевого насоса.

3D-печать органов : как биопринтер может спасти жизнь / Хабр

Биопринтинг не решает всех проблем, но может решить некоторые. может Чтобы решить некоторые из них.

И снова Институт регенеративной медицины Уэйк Форест оставил свой след: в 2015 году там были получены устойчивые кардиомиоциты, которые очень гармонично срослись между собой. Следующий повод пришел из Израиля: в 2019 году там смогли изготовить полностью функциональное сердце.

Инновация заключается в том, что израильские ученые произвели первое в мире функциональное сердце. Дело в том, что сердце само по себе является мышцей и для своей работы нуждается в постоянном кровоснабжении. В естественных условиях это делают коронарные сосуды.

3D-печать органов : как биопринтер может спасти жизнь / Хабр

По словам профессора Тала Двира, «это первый случай, когда кто-то спроектировал, построил и напечатал целое сердце со всей его брюшной полостью, камерами и сосудами».

Конечно, с этой проблемой ученые сталкивались и раньше: до создания TAL DVIR технология создания аортального клапана уже была доступна, но ни одна часть сердца не может достичь сложности целого сердца! органом .

Сегодня искусственное сердце размером с большую вишню служит скорее для демонстрации технологии. Однако достижение тель-авивской команды дает надежду многим сердечным больным.

Заключение.

О преимуществах биологического расписания сказано немало: в XXI веке может показаться, что медицина близка к созданию панацеи от всех болезней. Разумеется, это не так. Биологические биопатии предъявляют огромные требования к механической и технической части. Они могут быть обеспечены только в странах с развитой промышленностью; IT-технологии развиваются с каждым часом, и медики как никогда нуждаются в помощи специалистов в этой области.

К тому же, биопринтинг Они сталкиваются с проблемами юридического и морального характера. Все перспективные технологии точны и дороги как в денежном плане, так и в плане необходимых материалов — офицеров. Подготовка кадров. Техническое обоснование. Эти аспекты неизбежно ведут к стратификации пациентов. Значительная часть населения планеты остается в очереди на донорские клетки. органы Богатые могут продлить свою жизнь. жизнь .

Хорошая новость заключается в том, что искусственное органы Она с меньшей вероятностью будет испытана на животных. Но как быть с пациентами, получающими напечатанные черенки? Результаты лечения проявляются в течение длительного времени. Техника-ловушка. можно Их можно обнаружить только с помощью рандомизированных и крупных клинических испытаний. А за каждым статистическим фактором стоит чья-то жизнь. жизнь .

Конечно, эти проблемы решаются по ходу дела. Медицина стоит на пороге новой эры, и 20, 50 или 100 лет будут совсем другими. Прогресс не остановится. Скоро и наш. жизнь будут другими. Дольше, здоровее и продуктивнее. Нам остается только отдать должное тем, кто трудится на благо человечества, и тем, кто нуждается в дополнительной помощи.

Автор: Никита Игнатенко UFO оставил промокод для читателей летучего блога: -15% скидка на счета 5DS (без учета нагрева счета) — HabrfirstVDS

Оцените статью