Inhalt
- Transforméiere Medizin Mat 3D Dréckeren
- Wéi funktionnéiert en 3D Printer?
- Maachen en Ouer
- Ënnerscheed tëscht enger Schimmel an engem Gerüst
- Potentiell Virdeeler vu gedréckten Oueren
- Dréckt en Ënnerkaak
- Prothetik an Implantéierbar Artikelen
- Méi Beispiller
- Bioprinting mat liewege Zellen: Eng méiglech Zukunft
- Uergel an Tissue Ersatz
- E puer Bioprinting Erfolleger
- Dréckerei Deeler vum Häerz
- Eng Cornea kreéieren
- Virdeeler vu Mini Organer, Organoiden oder Organer op engem Chip
- Eng Struktur déi d'Lung imitéiert
- E puer Erausfuerderunge fir Bioprinting
- Referenzen
D'Linda Crampton huet fir Lycéesschüler vill Joer Wëssenschaft an Informatiounstechnologie geléiert. Si huet gär iwwer nei Technologie ze léieren.
Transforméiere Medizin Mat 3D Dréckeren
3D Dréckerei ass e spannenden Aspekt vun der Technologie déi vill nëtzlech Uwendungen huet. Eng faszinéierend a potenziell ganz wichteg Uwendung vun 3D Dréckeren ass d'Schafe vu Materialien déi an der Medizin kënne benotzt ginn. Dës Materialien enthalen implantéierbar medizinesch Apparater, künstlech Kierperdeeler oder Prothetik, a personaliséiert medizinesch Instrumenter. Si enthalen och gedréckte Flecken vu liewege mënschlecht Tissu wéi och Mini Organer. An der Zukunft kënnen implantéierbar Organer gedréckt ginn.
3D Drécker hunn d'Méiglechkeet fir zolidd, dreidimensional Objekter ze drécken op Basis vun engem digitale Modell dat am Computer Gedächtnis gelagert ass. E gemeinsamt Drockmedium ass flëssege Plastik deen nom Drock solidifizéiert ass, awer aner Medie si verfügbar. Dës enthalen pulveriséiert Metall a "Tënt" mat liewegen Zellen.
D'Fäegkeet vu Dréckeren fir Materialien ze produzéieren déi mam mënschleche Kierper kompatibel sinn, verbessert sech séier. E puer vun de Materialie gi schonn an der Medizin benotzt, anerer sinn nach an der experimenteller Etapp. Vill Fuerscher sinn an der Enquête bedeelegt. 3D Dréckerei huet de spannenden Potenzial fir medizinesch Behandlung ze transforméieren.
Wéi funktionnéiert en 3D Printer?
Den éischte Schrëtt an der Schafung vun engem dreidimensionalen Objet vun engem Drécker ass den Objet ze designen. Dëst gëtt an engem CAD (Computer-Aided Design) Programm gemaach. Wann den Design fäerdeg ass, kreéiert en anere Programm Instruktioune fir den Objet an enger Serie vu Schichten ze produzéieren. Dësen zweete Programm ass heiansdo als Schnittprogramm oder als Schneider Software bekannt, well en den CAD Code fir dat ganzt Objet a Code fir eng Serie vu Scheiwen oder horizontale Schichten konvertéiert. D'Schichten kënnen an Honnerte sinn oder souguer an Dausende.
Den Drécker kreéiert den Objet andeems en Materialschichten ofsetzt no den Instruktioune vum Slicer Programm, fänkt um Enn vum Objet un a schafft no uewen. Erfollegräich Schichte gi matenee verschmëlzt. De Prozess gëtt als Additive Fabrikatioun bezeechent.
Plastiks Filament gëtt dacks als Medium fir 3D Dréckerei benotzt, besonnesch a konsumentorientéiert Dréckeren. Den Drécker schmëlzt de Filament an extrudéiert duerno waarme Plastik duerch eng Düs. D'Düse beweegt sech an allen Dimensioune wéi se de flëssege Plastik fräisetzt fir en Objet ze kreéieren. D'Bewegung vun der Düs an d'Quantitéit vum Plastik, deen extrudéiert gëtt, gi vum Schnittprogramm kontrolléiert. De waarme Plastik solidifizéiert bal direkt nodeems et aus der Düs erauskomm ass. Aner Aarte vu Dréckemedie si fir speziell Zwecker verfügbar.
Deen Deel vum Ouer dee vu baussenzeg vum Kierper sichtbar ass ass bekannt als Pinna oder Aurikel. De Rescht vum Ouer läit am Schädel. D'Funktioun vun der Pinna ass d'Schallwellen ze sammelen an se an déi nächst Sektioun vum Ouer ze schécken.
Maachen en Ouer
Am Februar 2013 hu Wëssenschaftler vun der Cornell University an den USA ugekënnegt, datt si mat der Hëllef vum 3D Drock en Ouer pinna konnte maachen. D'Schrëtt gefollegt vun de Cornell Wëssenschaftler ware folgend.
- E Modell vun engem Ouer gouf an engem CAD Programm erstallt. D'Fuerscher hunn Fotoe vu richtegen Oueren als Basis fir dëse Modell benotzt.
- Den Ouermodell gouf vun engem 3D Drécker gedréckt, mat Plastik fir e Form mat der Form vum Ouer ze kreéieren.
- En Hydrogel mat engem Protein genannt Kollagen gouf an de Schimmel gesat. En Hydrogel ass e Gel dat Waasser enthält.
- Chondrozyten (Zellen, déi Knorpel produzéieren) goufen aus engem Ouer vum Kou kritt an dem Collagen bäigefüügt.
- D'Kollagen Ouer gouf an enger Nährléisung an engem Labo Plat gesat. Wärend d'Ouer an der Léisung war, hunn e puer vun de Chondrozyten de Kollagen ersat.
- D'Ouer gouf dunn am Réck vun enger Rat ënner seng Haut implantéiert.
- No dräi Méint war de Kollagen am Ouer komplett duerch Knorpel ersat ginn an d'Ouer huet seng Form an Ënnerscheedung vun de ronderëm Rattenzellen behalen.
Ënnerscheed tëscht enger Schimmel an engem Gerüst
Am Ouer Kreatiounsprozess hei uewen beschriwwen, war de Plastik Ouer en inerte Form. Seng eenzeg Funktioun war d'korrekt Form fir d'Ouer ze bidden. D'Kollagen Ouer dat an der Form geformt huet als Gerüst fir d'Chondrozyten gehandelt. Am Tissue Engineering ass e Gerüst e biokompatibelt Material mat enger spezifescher Form op an an deem d'Zellen wuessen. De Gerüst huet net nëmmen d'korrekt Form awer huet och Eegeschaften déi d'Liewe vun den Zellen ënnerstëtzen.
Zënter dem Original Ouer Kreatiounsprozess gouf ausgeführt, hunn d'Cornell Fuerscher e Wee fonnt fir e Kollagen Gerüst mat der richteger Form ze drécken, fir en Ouer ze maachen, eliminéiert d'Ufuerderung fir e Plastiksform.
Potentiell Virdeeler vu gedréckten Oueren
Ouer gemaach mat Hëllef vu Drécker kéinte nëtzlech si fir Leit, déi hir eegen Oueren wéinst Verletzung oder Krankheet verluer hunn. Si kéinten och Leit hëllefen, déi ouni Oueren gebuer sinn oder déi hunn, déi sech net richteg entwéckelt hunn.
De Moment ginn Ersatzuerer heiansdo aus Knorpel an der Ripp vum Patient gemaach. Den Knorpel ze kréien ass en desagreabelt Erliefnes fir de Patient a kann d'Ripp beschiedegen. Zousätzlech kann d'entstinn Ouer net ganz natierlech ausgesinn. Ouer ginn och aus engem künstlechen Material gemaach, awer nach eng Kéier kann d'Resultat net komplett zefriddestellend sinn. Gedréckte Oueren hunn de Potenzial méi wéi natierlech Oueren ze kucken a méi effizient ze schaffen.
Am Mäerz 2013 huet eng Firma mam Numm Oxford Performance Materials bericht datt si 75% vum Schädel vun engem Mann duerch e gedréckte Polymer Schädel ersat hätten. 3D Drécker ginn och benotzt fir Gesondheetssécherheetsapparater ze maachen, wéi Prothetik Glidder, Hörgeräter an Zännimplantater.
Dréckt en Ënnerkaak
Am Februar 2012 hunn hollännesch Wëssenschaftler matgedeelt datt si e künstlechen ënneschte Kiefer mat engem 3D Drécker erstallt hätten an an d'Gesiicht vun enger 83 Joer aler Fra implantéiert hunn. De Kiefer gouf aus Schichten aus Titanmetallpulver verschmëlzt mat Hëtzt a gouf vun enger bioceramescher Beschichtung bedeckt. Bioceramesch Material si kompatibel mam mënschleche Gewëss.
D'Fra krut de kënschtleche Kiefer well hatt eng chronesch Schankeninfektioun an hirem eegene Ënnerkaak hat. Dokteren hu gemengt datt traditionell Gesiichtsrekonstruktiounsoperatioun ze riskant fir d'Fra war wéinst hirem Alter.
De Kiefer hat Gelenker sou datt et kéint geréckelt ginn, souwéi Huelraim fir Muskelbefestegung a Rillen fir Bluttgefässer an Nerven. D'Fra konnt e puer Wierder soen, soubal si vun der Anästhesie erwächt ass. Den Dag drop konnt hatt schlécken. Si ass no véier Deeg heem gaang. Falsch Zänn ware geplangt an engem spéideren Zäitpunkt an de Kiefer implantéiert ze ginn.
Gedréckte Strukture ginn och a medizinescher Ausbildung an a pre-chirurgescher Planung benotzt. En dreidimensional Modell erstallt aus medizinesche Scans vum Patient ka ganz nëtzlech fir Chirurgen sinn, well et kann d'spezifesch Bedéngungen am Kierper vum Patient weisen. Dëst kann komplex Chirurgie vereinfachen.
Prothetik an Implantéierbar Artikelen
De Metallkiefer hei uewen beschriwwen ass eng Aart vu Prothetik, oder kënschtleche Kierperdeel. D'Produktioun vu Prothetik ass e Gebitt an deem 3D Drécker wichteg ginn. E puer Spideeler hunn elo hir eege Drécker oder schaffen a Kooperatioun mat enger medizinescher Versuergungsfirma déi en Drécker huet.
D'Schafe vun enger Prothetik duerch 3D Dréckerei ass dacks e méi séieren a méi bëllege Prozess wéi d'Schafe vu konventionelle Fabrikatiounsmethoden. Zousätzlech ass et méi einfach e personaliséierte Passform fir e Patient ze kreéieren wann en Apparat speziell fir d'Persoun entwéckelt a gedréckt ass. Spidolsscans kënne benotzt ginn fir ugepasste Geräter ze kreéieren.
Ersatzlidder ginn haut dacks 3D gedréckt, op d'mannst an e puer Deeler vun der Welt. Gedréckte Waffen an Hänn sinn dacks däitlech méi bëlleg wéi déi mat konventionelle Methoden produzéiert. Eng 3D Dréckerei schafft mam Walt Disney fir faarweg a lëschteg Prothees Hänn fir Kanner ze kreéieren. Zousätzlech zu engem méi bëllege Produkt ze kreéieren dat méi bezuelbar ass, zielt d'Initiativ "Kanner ze hëllefen hir Prothetik als Quell vun Opreegung ze gesinn anstatt d'Verlegenheet oder Limitatioun".
Méi Beispiller
- Am spéiden 2015 goufen gedréckte Wirbelen erfollegräich an engem Patient plazéiert. D'Patienten hunn och e gedréckte Brustbein an e Rippebou kritt.
- 3D Dréckerei gëtt benotzt fir verbessert Zännimplantater ze produzéieren.
- Ersatz Hüttgelenker ginn dacks gedréckt.
- Katheter, déi d'spezifesch Gréisst a Form vun engem Passage am Kierper vum Patient passen, kéinte séier heefeg sinn.
- 3D Dréckerei ass dacks bei der Fabrikatioun vun Hörgeräter bedeelegt.
Bioprinting mat liewege Zellen: Eng méiglech Zukunft
Dréckerei mat liewegen Zellen, oder Bioprinting, geschitt haut. Et ass en delikaten Prozess. D'Zellen däerfen net ze waarm ginn. Déi meescht Methode vum 3D Drécken involvéieren héich Temperaturen, déi d'Zellen ëmbréngen. Zousätzlech däerf d'Trägerflëssegkeet fir d'Zellen se net schueden. D'Flëssegkeet an d'Zellen déi et enthält ass bekannt als Bio-Tënt (oder e Bioink).
Uergel an Tissue Ersatz
Den Ersatz vu beschiedegten Organer mat Organer aus 3D Dréckeren wier eng wonnerbar Revolutioun an der Medizin. De Moment sinn et net genuch gespend Organer verfügbar fir jiddereen deen se braucht.
De Plang ass d'Zellen aus dem eegene Kierper ze huelen fir en Organ ze drécken dat se brauchen. Dëse Prozess soll d'Organ Oflehnung vermeiden. D'Zellen si méiglecherweis Stammzellen, déi net spezialiséiert Zellen, déi fäeg sinn aner Zellzorten ze produzéieren, wa se korrekt stimuléiert ginn. Déi verschidden Zelltype géife vum Drécker an der richteger Reiefolleg deposéiert ginn. D'Fuerscher entdecken datt op d'mannst verschidden Aarte vu mënschlechen Zellen eng erstaunlech Fäegkeet hunn sech selwer z'organiséieren wa se deposéiert ginn, wat ganz hëllefräich wier am Prozess en Organ ze kreéieren.
Eng speziell Art 3D Drécker bekannt als Bioprinter gëtt benotzt fir lieweg Tissue ze maachen. An enger gemeinsamer Method fir den Tissu ze maachen, gëtt en Hydrogel vun engem Dréckerkop gedréckt fir e Gerüst ze bilden. Kleng Flëssegkeetsdropelen, déi all vill Dausende vun Zellen enthalen, ginn op e Gerüst vun engem aneren Dréckerkop gedréckt. D'Drëpsen komme séier bäi an d'Zellen gi matenee verbonnen. Wann déi gewënschte Struktur geformt ass, gëtt den Hydrogel-Gerüst ewechgeholl.Et kann ewechgeschielt ginn oder et kann ewechgespullt ginn wann et Waasserlöslech ass. Biodegradéierbar Gerüchter kënnen och benotzt ginn. Dës briechen no an no an engem liewege Kierper of.
An der Medizin ass eng Transplantatioun den Transfert vun engem Organ oder Tissu vun engem Spender op en Empfänger. En Implantat ass d'Insertion vun engem künstlechen Apparat an de Kierper vum Patient. 3D Bioprinting fällt iergendwou tëscht dësen zwee Extremer. Souwuel "Transplant" wéi och "Implantat" gi benotzt wann se op Artikele bezéie vun engem Bioprinter.
E puer Bioprinting Erfolleger
Net-liewend Implantater a Prothetik erstallt vun 3D Drécker gi scho bei de Mënsche benotzt. D'Benotzung vun Implantater mat liewegen Zellen erfuerdert méi Fuerschung, déi duerchgefouert gëtt. Ganz Organer kënnen nach net mam 3D Dréckere gemaach ginn, awer Sektiounen vun Organer kënnen. Vill verschidde Strukture goufe gedréckt, abegraff Flecken vum Häerzmuskel, déi fäeg sinn ze schloen, Hautflecken, Segmenter vu Bluttgefässer a Knéi Knorpel. Dës sinn nach net an de Mënsch implantéiert. Am Joer 2017 hu Wëssenschaftler e Prototyp vun engem Drécker presentéiert, dee mënschlech Haut fir Implantatioun kann erstellen, awer am Joer 2018 hunn aner Wëssenschaftler Cornea gedréckt an engem Prozess, deen enges Dags benotzt ka ginn, fir Schied an den Aen ze flécken.
E puer hoffentlech Entdeckunge goufen am Joer 2016 gemellt. En Team vu Wëssenschaftler implantéiert dräi Aarte vu bioofgedréckte Strukturen ënner der Haut vu Mais. Dës abegraff e Puppelchen-Gréisst mënschlechen Ouer pinna, e Stéck Muskel, an eng Sektioun vun mënschleche Kiefer Schanken. Bluttgefässer aus der Ëmgéigend erweidert an all dës Strukturen wärend se an de Kierper vun de Mais waren. Dëst war eng spannend Entwécklung, well eng Bluttversécherung noutwendeg ass fir Gewëss um Liewen ze halen. D'Blutt fiert Nährstoffer a liewege Gewëss an hëlt hir Offäll ewech.
Et war och spannend ze bemierken datt d'implantéiert Strukturen am Liewe konnte bleiwen bis d'Bluttgefässer sech entwéckelt haten. Dëse Feature gouf duerch d'Existenz vu winzeg Poren an de Strukturen erreecht, déi Nährstoffer erlaabt hunn an hinnen eranzekommen.
Dréckerei Deeler vum Häerz
Eng Cornea kreéieren
Wëssenschaftler vun der Newcastle University a Groussbritannien hunn 3D gedréckte Corneaën erstallt. D'Cornea ass den transparenten, bausseste Bedeckung vun eisen Aen. Eescht Schued un dësem Deckel kann d'Blannheet verursaachen. Eng Corneal Transplantatioun léist dacks de Problem, awer et sinn net genuch Corneas verfügbar fir jiddereen ze hëllefen deen se braucht.
D'Wëssenschaftler hunn Stammzellen aus enger gesonder mënschlecher Cornea kritt. D'Zellen goufen dunn an e Gel aus Alginat a Kollagen gesat. De Gel huet d'Zellen geschützt wéi se duerch déi eenzeg Düs vum Drécker gereest sinn. Manner wéi zéng Minutte ware gebraucht fir de Gel an d'Zellen an déi richteg Form ze drécken. D'Form gouf kritt andeems een d'Aen vun engem Mënsch scannt. (An enger medizinescher Situatioun géif d'An vum Patient gescannt ginn.) Wann d'Gel an d'Zellmëschung gedréckt gouf, hunn d'Stammzellen eng komplett Cornea produzéiert.
D'Corneas, déi duerch den Drockprozess gemaach goufen, sinn nach net a mënschlech Ae implantéiert. Et wäert wuel nach eng Zäit daueren ier se sinn. Si hunn awer de Potenzial fir vill Leit ze hëllefen.
Stimulatioun vu Stammzellen fir déi spezialiséiert Zellen ze produzéieren déi néideg sinn fir e spezifeschen Deel vum mënschleche Kierper zu der richteger Zäit ze maachen ass eng Erausfuerderung u sech. Et ass e Prozess deen awer wonnerbar Virdeeler fir eis kéint hunn.
Virdeeler vu Mini Organer, Organoiden oder Organer op engem Chip
Wëssenschaftler konnten Mini Organer duerch 3D Dréckerei erstellen (a mat anere Methoden). "Mini Organer" si Miniatur Versioune vun Organer, Ofschnëtter vun Organer oder Flecke vu Gewëss aus spezifeschen Organer. Si gi mat verschiddenen Nimm bezeechent nieft dem Begrëff Mini-Uergel. Déi gedréckte Kreatiounen enthalen net all Zort Struktur déi an der Vollgréisst Uergel fonnt gëtt, awer si sinn gutt Approximatiounen. Fuerschung weist datt se wichteg Uwendunge kéinten hunn, och wa se net implantéierbar sinn.
Mini Organer ginn net ëmmer aus Zelle produzéiert, déi vun engem zoufällege Spender geliwwert ginn. Amplaz si se dacks aus den Zellen vun enger Persoun gemaach déi eng Krankheet huet. Fuerscher kënnen d'Auswierkunge vu Medikamenter op de Mini Uergel kontrolléieren. Wann e Medikament hëllefräich an net schiedlech fonnt gëtt, kann et dem Patient ginn. Et gi verschidde Virdeeler fir dëse Prozess. Eent ass datt e Medikament dat méiglecherweis fir déi spezifesch Versioun vum Patient a fir säi spezifescht Genom gutt ka benotzt ginn, wat d'Wahrscheinlechkeet vun enger erfollegräicher Behandlung erhéicht. En anert ass datt Dokteren eventuell en ongewéinlechen oder normalerweis deier Medikament fir e Patient kréien, wa se kënne beweisen datt d'Medikament effektiv wierksam ass. Zousätzlech kann d'Drogen op Mini Organer testen de Besoin fir Labo Déieren reduzéieren.
Eng Struktur déi d'Lung imitéiert
Am Joer 2019 hunn d'Wëssenschaftler vun der Rice University an der University of Washington hir Kreatioun vun engem Mini-Uergel demonstréiert dat eng mënschlech Long an Aktioun imitéiert. D'Mini-Long ass aus engem Hydrogel gemaach. Et enthält eng kleng lungähnlech Struktur déi a regelméissegen Ofstänn mat Loft gefëllt ass. E Netzwierk vu Gefässer déi mat Blutt gefëllt sinn ëmginn d'Struktur.
Wa stimuléiert, erweidert déi simuléiert Lunge a seng Gefässer rhythmesch ouni ze briechen. De Video weist wéi d'Struktur funktionnéiert. Och wann den Organoid net vollstänneg ass an net all d'Gewebe an enger mënschlecher Lung imitéiert, ass seng Fäegkeet wéi eng Long ze bewegen eng ganz wichteg Entwécklung.
E puer Erausfuerderunge fir Bioprinting
En Organ ze kreéieren dat gëeegent fir Implantatioun ass eng schwéier Aufgab. En Organ ass eng komplex Struktur mat verschiddenen Zelltypen a Gewëss, déi an engem spezifesche Muster arrangéiert sinn. Zousätzlech, wéi Organer wärend der embryonaler Entwécklung entwéckelen, kréie se chemesch Signaler, déi et erméiglechen, hir fein Struktur a komplizéiert Verhalen sech richteg z'entwéckelen. Dës Signaler feele wa mir probéieren en Organ kënschtlech ze kreéieren.
E puer Wëssenschaftler mengen datt mir als éischt - a vläicht nach eng Zäit laang - implantéierbar Strukture wäerte drécken déi eng eenzeg Funktioun vun engem Organ anstatt all seng Funktiounen ausféiere kënnen. Dës méi einfach Strukture kënne ganz nëtzlech sinn wa se e seriéisen Defekt am Kierper kompenséieren.
Och wann et méiglecherweis Joere sinn ier bioprinted Organer fir Implantater verfügbar sinn, kënne mir nei Virdeeler vun der Technologie virdru gesinn. De Tempo vun der Fuerschung schéngt erop ze ginn. D'Zukunft vum 3D Drock a Relatioun mat der Medizin soll ganz interessant wéi och spannend sinn.
Referenzen
- E kënschtlecht Ouer erstallt vun engem 3D Drécker a liewege Knorpelzellen aus dem Smithsonian Magazine.
- Transplantéiert Kiefer gemaach vun engem 3D Drécker vun der BBC (British Broadcasting Corporation)
- Faarweg 3D gedréckt Hänn vun der American Society of Mechanical Engineers
- Bioprinter kreéiert personaliséiert labber ugebaute Kierperdeeler fir Transplantatioun vum The Guardian
- Éischt 3D-gedréckte mënschlech Cornea vum EurekAlert News Service
- 3D Drécker mécht déi klengst mënschlech Liewer jeemools vum New Scientist
- Mini 3D gedréckte Organer mimesch d'Häerz an d'Liewer vum New Scientist
- Eng Uergel dat d'Longe vu Popular Mechanics miméiert
- Neien 3D Drécker mécht liewensgrouss Ouer, Muskel a Knochengewebe vu liewegen Zellen aus Science Alert
- 3-D Bioprinter fir mënschlech Haut vum phys.org neie Service ze drécken
Dësen Artikel ass korrekt a richteg no beschtem Wëssen vum Auteur. Inhalt ass nëmme fir Informatiouns- oder Ënnerhalungszwecker an ersetzt net fir perséinlech Berodung oder professionell Berodung a geschäftlechen, finanziellen, legalen oder techneschen Themen.
