อวัยวะใดที่พิมพ์จากเครื่องพิมพ์ 3 มิติ เครื่องพิมพ์ชีวภาพแบบอนุกรมเครื่องแรกถูกสร้างขึ้น

เครื่องพิมพ์ 3 มิติทางชีวภาพเครื่องแรก ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการผลิตขนาดเล็กแต่ยังคงเป็นอุตสาหกรรม เปิดโอกาสใหม่ๆ ในด้านการฝังและฟื้นฟูอวัยวะและเนื้อเยื่อ อันเป็นผลจากความร่วมมือ บริษัทอเมริกัน Organovo และ Australian Invetech

แทนที่จะพยายามสร้างอวัยวะหรือเนื้อเยื่อในหลอดทดลอง รูปร่างที่ต้องการและคุณสมบัติที่ระบุ จะมีประสิทธิภาพมากกว่ามากในการพิมพ์บนเครื่องพิมพ์ชีวภาพ ผู้เชี่ยวชาญของ Organovo เชื่อว่า อุปกรณ์นี้ใช้เซลล์เพาะเลี้ยงเป็นหมึก ประเภทที่ถูกต้อง(เยื่อบุผิว ข้อต่อ กล้ามเนื้อ) และหัวพิมพ์ที่มีความแม่นยำภายใต้การควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์จะจัดวางเซลล์ (และสารเสริม) ตามลำดับที่ต้องการ

ที่จริงแล้ว การทดลองที่น่าประทับใจครั้งแรกในพื้นที่นี้เกิดขึ้นเมื่อหลายปีก่อน นักวิจัยจากสถาบันและมหาวิทยาลัยหลายแห่งยังคงทำงานเกี่ยวกับเทคโนโลยีการพิมพ์อวัยวะในเวอร์ชันต่างๆ ในบางครั้งการพิมพ์ทางชีวภาพสามมิติจะปรากฏขึ้นซึ่งแตกต่างกันในความแตกต่างขององค์ประกอบของ "หมึก" และกระบวนการสร้างเนื้อเยื่อทั้งหมดจากนั้น

ศาสตราจารย์ Gabor Forgacs และเจ้าหน้าที่ห้องปฏิบัติการของเขาที่มหาวิทยาลัย Missouri ประสบความสำเร็จเป็นพิเศษในสาขานี้ โดยเผยให้เห็นรายละเอียดปลีกย่อยใหม่ๆ ของการพิมพ์ทางชีวภาพย้อนกลับไปในปี 2550 เราได้พูดคุยโดยละเอียดเกี่ยวกับการพัฒนาเทคโนโลยีนี้เป็นครั้งแรก ความสำเร็จครั้งสำคัญและการสร้าง Organovo อย่างแท้จริง - Forgach ก่อตั้งมันขึ้นมาอย่างแม่นยำเพื่อนำการพัฒนาของเขาไปในเชิงพาณิชย์

ผลลัพธ์ที่ได้คือเทคโนโลยี NovoGen ซึ่งนำรายละเอียดที่จำเป็นทั้งหมดของการพิมพ์ทางชีวภาพมาพิจารณา ทั้งในส่วนทางชีววิทยาและในส่วนฮาร์ดแวร์ เครื่องพิมพ์ทดลองเครื่องแรกสำหรับ Organovo (และตาม "ภาพร่าง") ถูกสร้างขึ้นโดยบริษัท nScrypt แต่สิ่งเหล่านี้เป็นอุปกรณ์ที่จำเป็นในการขัดเกลาเทคโนโลยี ถึงเวลาแล้วสำหรับการผลิตเครื่องพิมพ์ชีวภาพแบบอนุกรม

ตามที่ Organovo รายงานในการแถลงข่าว ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2552 ทางบริษัทได้เลือก Invetech เป็นพันธมิตรทางอุตสาหกรรม โดยมีประสบการณ์มากกว่า 30 ปี ในการออกแบบห้องปฏิบัติการและอุปกรณ์ทางการแพทย์ รวมถึงอุปกรณ์อัตโนมัติและคอมพิวเตอร์

และในช่วงต้นเดือนธันวาคม สำเนาแรกของเครื่องพิมพ์ชีวภาพ 3 มิติที่รวมเทคโนโลยี NovoGen ถูกส่งจาก Invetech ไปยัง Organovo ผลิตภัณฑ์ใหม่โดดเด่นด้วยขนาดที่กะทัดรัด อินเทอร์เฟซคอมพิวเตอร์ที่ใช้งานง่าย ระดับสูงการรวมโหนดและความน่าเชื่อถือสูง

เครื่องพิมพ์ใหม่มีขนาดที่พอเหมาะซึ่งสามารถวางในตู้ชีวภาพได้อย่างง่ายดาย เพื่อให้มีสภาพแวดล้อมที่ปลอดเชื้อในระหว่างขั้นตอนการพิมพ์ (ภาพถ่ายโดย Organovo)

เครื่องพิมพ์นี้มีหัวพิมพ์สองหัว อันหนึ่งเต็มไปด้วย "สี" เป้าหมาย (เซลล์ตับของมนุษย์, เซลล์ไต, เซลล์สโตรมัล ฯลฯ ) อย่างที่สอง - ด้วยวัสดุเสริม (รองรับไฮโดรเจล, คอลลาเจน, ปัจจัยการเจริญเติบโต)

วิศวกรชาวออสเตรเลียมีความภาคภูมิใจเป็นพิเศษกับระบบสอบเทียบด้วยเลเซอร์และระบบกำหนดตำแหน่งหัวหุ่นยนต์ซึ่งมีความแม่นยำเพียงไม่กี่ไมโครเมตร นี่เป็นสิ่งสำคัญมากในการวางเซลล์ในตำแหน่งที่ถูกต้อง

เรามีเครื่องพิมพ์ชีวภาพแบบอนุกรมเครื่องแรกของโลกอยู่ตรงหน้าเรา เนื่องจากในอนาคตอันใกล้นี้ Invetech ตั้งใจที่จะจัดหาอุปกรณ์เดียวกันอีกหลายเครื่องให้กับ Organovo และจะมีการจำหน่ายผลิตภัณฑ์ใหม่ในชุมชนวิทยาศาสตร์แล้ว ตัวอย่างแรกของเครื่องพิมพ์ชีวภาพ 3 มิติจาก Organovo และ Invetech จะพร้อมสำหรับการวิจัยและ องค์กรทางการแพทย์ในปี 2553

สำเนาเล็ก ๆ ของหูมนุษย์ที่ทำจากไบโอเจล

สถาบันเวชศาสตร์ฟื้นฟูเวคฟอเรสต์

นักวิทยาศาสตร์จาก Wake Forest Medical School ได้เปิดตัวเครื่องพิมพ์ชีวภาพที่จะพิมพ์เนื้อเยื่อของมนุษย์จากเซลล์ที่มีชีวิต ซึ่งสามารถรักษารูปร่างและหยั่งรากในร่างกายได้ ในอนาคต เนื้อเยื่อและอวัยวะที่พิมพ์ทางชีวภาพสามารถทดแทนอวัยวะเทียมได้ ผลงานของนักวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร ธรรมชาติ.

ในการสร้างอวัยวะและเนื้อเยื่อ เครื่องพิมพ์จะใช้ไฮโดรเจลชนิดพิเศษและวัสดุพลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ไฮโดรเจลเป็นส่วนผสมของเจลาติน ไฟบริโนเจน กรดไฮยาลูโรนิก และกลีเซอรีน โดยมีเซลล์ที่มีชีวิตมีความเข้มข้นค่อนข้างสูง ขั้นแรก เครื่องพิมพ์จะสร้างวัตถุสามมิติอย่างระมัดระวังทีละชั้น จากนั้นจึงหุ้มด้วยเปลือกด้านนอกของโพลีเมอร์ที่ย่อยสลายได้ เมมเบรนนี้ช่วยรักษาอวัยวะและเนื้อเยื่อให้มีรูปร่าง

หลังจากที่เนื้อเยื่อถูกปลูกถ่ายเข้าสู่ร่างกาย เปลือกโพลีเมอร์จะค่อยๆสลายตัว ในเวลาเดียวกัน เซลล์จะเริ่มแยกเมทริกซ์ออกมาอย่างอิสระ ซึ่งให้การสนับสนุนทางกลแก่เซลล์ และท้ายที่สุด ความต้องการวัสดุรองรับก็หายไป ปริมาตรของเนื้อเยื่อเทียมทั้งหมดถูกแทรกซึมโดยเครือข่ายไมโครช่องซึ่งออกซิเจนและสารอาหารจะถูกส่งไปยังเซลล์

บน ช่วงเวลานี้นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างเจลอะนาล็อกของกระดูกคาลวาเรียลของหนูโดยใช้สเต็มเซลล์ของมนุษย์จากน้ำคร่ำ สำเนาขนาดเล็กของหูมนุษย์จากกระดูกอ่อนของกระต่าย และ "กล้ามเนื้อ" หลายส่วนโดยใช้ไมโอบลาสต์ C2C12 ของเมาส์ นักวิจัยได้ทดสอบตัวอย่างทั้งหมดในห้องปฏิบัติการและในสภาพธรรมชาติ โดยฝังไว้ใต้ผิวหนังของหนูและหนูทดลอง

ตามที่นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าผลลัพธ์ที่ได้นั้นมีแนวโน้มดี หูที่ฝังในหนูยังคงรูปร่างไว้หลังจากผ่านไปสองเดือน และเนื้อหาของไกลโคซามิโนไกลแคน ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเมทริกซ์ของเซลล์เพิ่มขึ้น 20 เปอร์เซ็นต์ เนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อที่ทอดยาวไปตามโครงสร้างรองรับยังคงรักษาคุณสมบัติของมันไว้หลังจากผ่านไปสองสัปดาห์ ลักษณะทางกล. เส้นประสาทส่วนหน้าท้องที่ถูกฝังเข้าไปในสิ่งปลูกฝังยังคงรักษาความสมบูรณ์เอาไว้ และมีการสังเกตการสัมผัสกับเส้นประสาทกับ α-BTX+ ภายในสิ่งปลูกฝังในเนื้อเยื่อ ในเจลอะนาล็อกของกระดูก calvarial ในหนู เนื้อเยื่อกระดูก vascularized ถูกสร้างขึ้นหลังจากห้าเดือน

ตามที่ผู้เขียนระบุ ตอนนี้จำเป็นต้องค้นหาว่าการปลูกถ่ายด้วยการพิมพ์ทางชีวภาพมีความปลอดภัยต่อผู้คนอย่างไร เป็นไปได้มากที่โครงสร้างกระดูกอ่อน เช่น หู จะถูกทดสอบก่อน เนื่องจากกระดูกอ่อนไม่เหมือนกับกล้ามเนื้อและกระดูกตรงที่ไม่จำเป็นต้องมีระบบหลอดเลือดที่กว้างขวาง

แนวคิดเกี่ยวกับอวัยวะการพิมพ์ 3 มิติไม่ใช่เรื่องใหม่โดยทั่วไป นักวิทยาศาสตร์กำลังทำงานอย่างแข็งขันเกี่ยวกับเทคโนโลยีนี้ เนื่องจากไม่เพียงแต่จะทำให้สามารถสร้าง bioimplants สำหรับการปลูกถ่ายในคนได้เท่านั้น แต่ยังทำการทดลองทางคลินิกเกี่ยวกับยาในอวัยวะและเนื้อเยื่อแต่ละส่วนอีกด้วย ดังนั้น ปัจจุบันบริษัท Organavo จึงมีส่วนร่วมในการพิมพ์เนื้อเยื่อไตแบบ 3 มิติสำหรับการทดสอบยา

คริสตินา อูลาโซวิช

ปัจจุบันเครื่องพิมพ์ 3 มิติถูกนำมาใช้ในหลายพื้นที่ของชีวิตของเรา ช่วยให้เราสามารถสร้างองค์ประกอบตกแต่งต่างๆ สำหรับการตกแต่งภายใน อวัยวะเทียมสำหรับอวัยวะมนุษย์ เครื่องประดับของดีไซเนอร์ หรือแม้แต่ช็อกโกแลต แต่วิทยาศาสตร์ยังไม่หยุดนิ่ง และในปัจจุบันก็มีแผนที่จะพิมพ์อวัยวะแบบ 3 มิติจากวัสดุชีวภาพแล้ว นี่เป็นความก้าวหน้าครั้งยิ่งใหญ่อย่างแท้จริง เนื่องจากอวัยวะของผู้บริจาคขาดแคลนอย่างมาก

คุณสมบัติของอวัยวะการพิมพ์บนเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

การสร้างอวัยวะของมนุษย์ที่ทำงานได้ผ่านการพิมพ์ 3 มิติจะช่วยแก้ปัญหาที่ใหญ่ที่สุด นั่นคือการขาดแคลนอวัยวะเหล่านี้ เพื่อช่วยผู้ป่วยหลายล้านคนทั่วโลก ความคิดในการปลูกอวัยวะมนุษย์เกิดขึ้นในศตวรรษที่ผ่านมา แต่จนกระทั่งมีการพิมพ์ทางชีวภาพขึ้นมาก็ไม่สามารถทำให้มันเป็นจริงได้ สถาบันเวชศาสตร์ฟื้นฟูเป็นสถาบันแรกที่สร้างบล็อคสังเคราะห์สำหรับการปลูกกระเพาะปัสสาวะของมนุษย์โดยใช้การพิมพ์ 3 มิติ อย่างไรก็ตาม ตราประทับครั้งแรกปรากฏเฉพาะในยุค 2000 เท่านั้น

เครื่องพิมพ์พิมพ์ชีวภาพ 3 มิติเครื่องแรก: Organovo

Organovo เป็นบริษัทแรกที่เริ่มพิมพ์อวัยวะมนุษย์ในปี 2010 ปัจจุบันผู้เชี่ยวชาญของบริษัทกำลังพยายามสร้างตัวอย่างตับ แต่ยังไม่สามารถใช้ในการปลูกถ่ายได้ การพิมพ์อวัยวะแบบ 3 มิติมีความซับซ้อนมากกว่าอุปกรณ์การพิมพ์แบบ 3 มิติทั่วไป แต่กระบวนการทั้งสองนี้มีคุณสมบัติทั่วไปหลายประการ:

• ใช้ตลับหมึกและหัวพิมพ์
• วัสดุชีวภาพถูกนำมาใช้แทนหมึก
• การก่อตัวของอวัยวะจะดำเนินการทีละชั้นบนพื้นผิวการทำงานพิเศษ

อย่างไรก็ตาม ก่อนที่จะพิมพ์ แต่ละชิ้นส่วนจะต้องผ่านการตรวจสอบหลายครั้ง ขั้นแรก ผู้ป่วยจะต้องเข้ารับการสแกน CT และ MRI ด้วยตนเอง ผลลัพธ์ที่ได้รับจะถูกประมวลผลโดยคอมพิวเตอร์หลังจากนั้นจึงสร้างเลย์เอาต์ซึ่งใช้ในเครื่องพิมพ์เพื่อกำหนดสถานที่และวิธีการใช้เซลล์ เครื่องพิมพ์ทางชีวภาพทำงานโดยใช้เซลล์มนุษย์ของอวัยวะที่มีการสังเคราะห์หรือเซลล์ต้นกำเนิด ได้โครงสร้างที่ครบถ้วนของอวัยวะด้วยสารยึดพิเศษที่มีอยู่ในคาร์ทริดจ์

ทันทีที่พิมพ์เสร็จ อวัยวะที่สร้างขึ้นก็จะถูกใส่เข้าไป เงื่อนไขพิเศษในตู้ฟัก - นี่เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับเซลล์ในการเริ่มแบ่งและซิงโครไนซ์เพื่อทำงานร่วมกัน

มีปัญหาอะไรบ้าง?

เครื่องพิมพ์ชีวภาพ Organovo สำหรับการพิมพ์อวัยวะของมนุษย์เป็นอุปกรณ์สมัยใหม่ที่มีอนาคตที่ดี อย่างไรก็ตาม มีปัญหาหลายประการที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการที่ยากและใช้เวลานานนี้:

1. ขาดแคลนวัสดุที่สามารถนำมาใช้ผลิตอวัยวะของมนุษย์ได้
2. ความยากอยู่ที่การงอกของเซลล์ภายนอกร่างกายมนุษย์ อวัยวะของเรามีความซับซ้อนมาก ดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากมากที่จะสร้างการทำงานของอวัยวะเทียม
3. ความสามารถด้านเทคนิคมีจำกัด ประการแรกยังขาดอุปกรณ์คุณภาพสูงและมีประสิทธิภาพซึ่งช่วยให้เราสร้างอวัยวะของมนุษย์ที่ใกล้เคียงกับธรรมชาติมากที่สุด ประการที่สอง เป็นเรื่องยากมากที่จะทำให้เซลล์ทำงานสอดคล้องกัน เนื่องจากจำเป็นต้องมีการผลิตหลอดเลือดด้วย - พวกมันมีส่วนช่วยในการทำงานที่เหมาะสมของอวัยวะต่างๆ อย่างไรก็ตาม มีการผลิตเทมเพลตหลอดเลือดชุดแรกแล้วที่มหาวิทยาลัยบริกแฮมยัง ในการสร้างพวกมัน มีการใช้อะกาโรสโพลีแซ็กคาไรด์เชิงเส้น

คุณสมบัติของเครื่องพิมพ์ 3 มิติทางชีวภาพ

– กระบวนการนี้ไม่ใช่เรื่องง่าย ดังนั้น ตัวอุปกรณ์เองจึงมีคุณสมบัติมากมาย ข้อดีของเครื่องพิมพ์ชีวภาพคือทำงานได้โดยไม่ต้องใช้ฐานรอง Organovo ทำงานบนพื้นฐานของสเต็มเซลล์ซึ่งได้มาจากไขกระดูก เซลล์เหล่านี้ก่อตัวเป็นหยดเล็กๆ ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ 100 ถึง 500 ไมครอน ซึ่งคงรูปร่างได้ดีและช่วยให้ การพิมพ์คุณภาพสูง. สาระสำคัญของกระบวนการนี้มีดังนี้: หัวพิมพ์ตัวแรกจะวางหยดที่มีเซลล์ตามลำดับที่ต้องการและหัวพิมพ์ที่สองจะพ่นฐานรองรับ เพื่อจุดประสงค์นี้จึงใช้ไฮโดรเจลที่ทำจากน้ำตาลผงซึ่งไม่มีปฏิกิริยากับเซลล์ หลังจากการพิมพ์เสร็จสิ้น โครงสร้างที่ได้จะถูกทิ้งไว้สองสามวันเพื่อให้หยดเกาะติดกัน

สามารถใช้วัสดุอื่นและฐานรองรับได้ ตัวอย่างเช่น เซลล์ตับสามารถนำไปใช้กับฐานที่เตรียมไว้ก่อนหน้านี้ในรูปแบบของอวัยวะนี้ได้

โอกาสคืออะไร?

เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติได้รับความนิยมอย่างมากในปัจจุบัน รวมถึงในด้านการสร้างอวัยวะของมนุษย์ด้วย อย่างไรก็ตาม อวัยวะในการพิมพ์บนเครื่องพิมพ์ยังคงมีปัญหาอยู่หลายประการ สมมติว่าตับที่สร้างโดย Organovo นั้นเหมือนกับมนุษย์โดยสิ้นเชิงและทำหน้าที่ทั้งหมดของมัน แต่อวัยวะที่สังเคราะห์ขึ้นสามารถอยู่รอดได้ประมาณ 40 วัน เมื่อไม่นานมานี้ ลิ้นหัวใจและหลอดเลือดดำถูกสร้างขึ้นโดยใช้การพิมพ์ 3 มิติ แต่ยังไม่สามารถพิมพ์หัวใจเต็มรูปแบบได้ ปัจจุบันมีการพูดคุยกันมากขึ้นเกี่ยวกับการสร้างไต 3 มิติที่สามารถปลูกถ่ายในมนุษย์ได้

นักวิทยาศาสตร์ Organovo เชื่อว่ามีความเป็นไปได้ที่จะสร้างอวัยวะโดยไม่มีโครงสร้างรองรับ เนื่องจากเซลล์ที่มีชีวิตสามารถจัดระเบียบตัวเองได้ อย่างไรก็ตาม พวกเขาสังเกตว่าการพิมพ์อวัยวะแบบ 3 มิติมีความซับซ้อนสี่ระดับ:

1. วิธีที่ง่ายที่สุดในการพิมพ์คือโครงสร้างเรียบๆ ที่สร้างจากเซลล์ประเภทเดียว เช่น ผิวหนัง
2. โครงสร้างที่ซับซ้อนรองลงมาคือโครงสร้างท่อ เช่น หลอดเลือด
3. ในระดับที่สามของความยากลำบากจะมีอวัยวะกลวง (กระเพาะปัสสาวะหรือกระเพาะอาหาร)
4. และอวัยวะที่พิมพ์ยากที่สุดคือตับ ไต และหัวใจ

นอกจากนี้เทคโนโลยีการพิมพ์อวัยวะ 3 มิติยังสามารถนำไปใช้ในด้านอื่น ๆ ได้อีกด้วย ตัวอย่างเช่น กระดูกสามารถสร้างได้ด้วยการสแกน 3 มิติ เพื่อฟื้นฟูความคล่องตัวให้กับบุคคล เครื่องพิมพ์ทางชีวภาพทำให้สามารถสร้างโครงสร้างที่รองรับโครงกระดูกได้ ซึ่งมีส่วนช่วยให้ผู้ป่วยหายอย่างรวดเร็ว สามารถทดสอบยาบนอวัยวะที่พิมพ์แบบ 3 มิติเพื่อตรวจสอบผลข้างเคียงได้

ตั้งแต่ปี 2012 เป็นต้นมา สามารถพิมพ์ขาเทียมและรากฟันเทียมสำหรับระบบกล้ามเนื้อและกระดูกของมนุษย์โดยใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติได้ กระดูกสันหลังและหมอนรองกระดูกสันหลังที่ทำจากพลาสติกและยางนั้นได้รับการปรับปรุงเป็นอย่างดีแล้ว และระดับที่ซับซ้อนมากขึ้นก็ค่อยๆ เชี่ยวชาญขึ้น - การพิมพ์อวัยวะของมนุษย์และส่วนต่างๆ ของร่างกายในระดับเซลล์ ในคลินิกในสหรัฐอเมริกา ยุโรป และญี่ปุ่น ซึ่งนำหน้าส่วนที่เหลือในแง่ของ การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ในด้านการแพทย์ ตอนนี้พวกเขากำลังทดลองกับสเต็มเซลล์เพื่อสร้างส่วนต่างๆ ของร่างกายที่จะฝังเข้าไปในร่างกายมนุษย์ได้อย่างสมบูรณ์

เพื่อให้คุณมีแนวคิดที่ดีขึ้นเกี่ยวกับขอบเขตของความคืบหน้าคุณสามารถอ้างอิงข้อมูลจาก Oxford Performance Materials ซึ่งพูดถึงผู้ป่วย 450,000 รายทั่วโลกและการลงทุน 2 พันล้านดอลลาร์ การใช้สเต็มเซลล์และเซลล์ของบุคคลนั้นเป็นที่น่าสงสัย แต่เป็นวัสดุนี้ที่จะลดความเสี่ยงในการถูกปฏิเสธได้อย่างสมบูรณ์ เซลล์ต้นกำเนิดไม่ใช่ทรัพยากรเพียงอย่างเดียวสำหรับเครื่องพิมพ์ 3 มิติ นักวิทยาศาสตร์กำลังทำงานเกี่ยวกับการผสมผสานระหว่างเส้นใยพลาสติกและเซลล์ที่มีชีวิต ซึ่งหากปราศจากสิ่งนี้แล้ว การสร้างอวัยวะที่ซับซ้อนอย่างแท้จริงก็เป็นสิ่งที่คิดไม่ถึง เห็นพ้องกันว่าการพิมพ์กระดูกเทียมเป็นเรื่องหนึ่ง และการพิมพ์ส่วนต่างๆ ของตับหรือหัวใจก็เป็นอีกเรื่องหนึ่ง

จนถึงขณะนี้ อวัยวะที่ซับซ้อนดังกล่าวยังไม่สามารถสร้างขึ้นได้อย่างสมบูรณ์ แต่ยกตัวอย่าง ผิวหนังที่พิมพ์ออกมาถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการปลูกถ่ายที่ศูนย์รักษาแผลไหม้ในสหรัฐอเมริกา ผู้อุปถัมภ์และนักธุรกิจทั่วโลกกำลังลงทุนในการพิมพ์ 3 มิติทางการแพทย์ จากข้อมูลของ Grand View Research ภายในปี 2563 ตลาดการพิมพ์ 3 มิติจะมีมูลค่ามากกว่าพันล้านดอลลาร์ ตัวเครื่องพิมพ์เองก็จะมีราคาถูกลงอย่างรวดเร็ว ปล่อยมวลโมเดลบ้าน .

ยาสามารถให้ความก้าวหน้าอะไรบ้างแก่เราในขณะนี้?

แจว

เมื่อเดือนมีนาคมปีที่แล้ว ศัลยแพทย์ได้เปลี่ยนกะโหลกศีรษะของผู้ชาย 75% ด้วยพลาสติกเทียม กระดูกแต่ละชิ้น เช่น กระดูกขากรรไกร ได้รับการ "ติด" ไว้ในศีรษะของบุคคลมาก่อน แต่ไม่มีใครเคยทำการทดแทนกระดูกในระดับดังกล่าว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในขั้นตอนเดียวและด้วยความช่วยเหลือของเครื่องพิมพ์ 3D

กระดูกสันหลัง

ตามที่เขียนไว้ข้างต้น การเปลี่ยนกระดูกสันหลังและหมอนรองกระดูกแทบจะเป็นงานที่เชี่ยวชาญ แต่เมื่อไม่นานมานี้ ชาวจีนได้สร้างความก้าวหน้าครั้งใหม่และเปลี่ยนกระดูกสันหลังสำหรับเด็กชายอายุ 12 ปีที่มีเนื้องอกในไขสันหลัง วัสดุนี้มีรูพรุน ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนกระดูกสันหลังตลอดเวลา เพราะมันจะเต็มไปด้วยเนื้อเยื่อกระดูกใหม่และกลายเป็นส่วนสำคัญของร่างกาย

หู

หูไบโอนิคถูกสร้างขึ้นจากเซลล์ลูกวัว เจลโพลีเมอร์ และอนุภาคนาโนเงิน ด้วยเหตุนี้ แพทย์จากมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันจึงได้สร้าง "หูแห่งอนาคต" ที่แท้จริงซึ่งสามารถรับรู้คลื่นวิทยุที่หูของมนุษย์ธรรมดาไม่สามารถตรวจพบได้ ตามคำกล่าวของนักวิทยาศาสตร์ พวกเขาอาจเชี่ยวชาญ “การเชื่อมต่อ” ของหูดังกล่าวกับเซลล์ประสาทของสมอง เพื่อที่หูจะสามารถรับรู้สิ่งที่ได้ยินได้

เชื้อโรค

ถึงจะไม่ใช่อวัยวะที่มีชีวิตก็ตาม บริษัทญี่ปุ่นพิมพ์ "Fasotec" โดยใช้เครื่องสแกนภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กในลูกบาศก์โปร่งใสซึ่งเลียนแบบมดลูก ซึ่งเป็นสำเนาที่ถูกต้องของทารกในครรภ์ มันดูน่าอัศจรรย์และน่ากลัวในเวลาเดียวกัน แต่จนถึงขณะนี้แพทย์ชอบโครงการเชิงพาณิชย์นี้อย่างละเอียดเพราะด้วยความช่วยเหลือนี้คุณจะสามารถสังเกตพัฒนาการที่ถูกต้องของทารกในครรภ์ได้โดยถือแบบจำลองของเด็กไว้ในมือ

มือ

เมื่อ Richard Van Es ซึ่งเป็นชนพื้นเมืองชาวแอฟริกาใต้ถูกตัดนิ้วมือขวาของเขาในร้านช่างไม้ เขาได้พบกับ Ivan Owen จากวอชิงตัน ซึ่งเป็นผู้สร้างต้นแบบของมือกล พวกเขาร่วมกันก่อตั้งบริษัท Good Enough Tech พัฒนา Robohands และเชี่ยวชาญการพิมพ์ “robohands” บนเครื่องพิมพ์ 3D ซึ่งช่วยลดต้นทุนของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายได้อย่างมาก ด้วยความช่วยเหลือของ Makerbot ซึ่งให้ทั้งเครื่องพิมพ์และทรัพยากรการพิมพ์ ผู้ที่ชื่นชอบทั้งสองนี้ได้ช่วยเหลือผู้คนมากกว่า 200 คนทั่วโลกแล้ว

ตับ

ยังไม่สามารถพิมพ์อวัยวะทั้งหมดได้เนื่องจากความซับซ้อน แต่การพิมพ์เนื้อเยื่อตับจากเซลล์ตับ เซลล์สเตเลท และเซลล์เยื่อบุผิวได้รับความชำนาญแล้ว ความสำเร็จนี้เกิดขึ้นตั้งแต่ปี 2013 ดังนั้นความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ในการ "พิมพ์" ตับทั้งหมดจึงเป็นไปได้ในอนาคตอันใกล้นี้

จมูก

แพทย์และนักวิจัยชาวเกาหลีประสบความสำเร็จในการฟื้นฟูจมูกเทียมจากการพิมพ์ 3 มิติให้กับเด็กชายวัย 6 ขวบ Nerha เด็กชายจากมองโกเลีย เกิดมาโดยไม่มีจมูกหรือรูจมูก ซึ่งถือเป็นเรื่องหายากมาก ทารกที่เกิดมาโดยไม่มีจมูกสามารถหายใจได้อย่างเหมาะสม และส่วนใหญ่จะเสียชีวิตภายใน 12 เดือน แพทย์จากกรุงโซลที่พ่อแม่ของเด็กชายพาเขามา ได้สร้างโครงสร้างรองรับทางเดินหายใจโดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ ในการผ่าตัดหลายครั้ง แพทย์ได้สร้างจมูกของ Nerja ขึ้นมาใหม่ จมูกของผู้ป่วยถูกสร้างขึ้นโดยใช้เนื้อเยื่อกระดูกของเขาเอง ตอนนี้เขาสามารถหายใจได้ตามปกติและดูดีขึ้นมาก

“การพิมพ์” อวัยวะของมนุษย์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

สมัครสมาชิก Quibl บน Viber และ Telegram เพื่อติดตามกิจกรรมที่น่าสนใจที่สุด

รปภ: เจ้าของห้องปฏิบัติการ - Invitro - ขณะนี้อยู่ที่Habré ฉันโพสต์ไว้ในบล็อกของบริษัท คุณสามารถติดต่อพวกเขาได้โดยตรงหากมีคำถาม

ภาพนี้มาจากห้องปฏิบัติการการพิมพ์อวัยวะ 3 มิติแห่งใหม่ ด้านหน้าเป็นกล้องจุลทรรศน์ที่น่าประทับใจ จากนั้นคุณจะเห็นวิศวกรการแพทย์สองคนกำลังใช้ AutoCAD กำลังสร้างแบบจำลองของพื้นที่สำหรับการก่อตัวของเนื้อเยื่อทรงกลม

ห้องปฏิบัติการสำหรับการพิมพ์ทางชีวภาพของอวัยวะ 3 มิติ (โครงการ Invitro) เพิ่งเปิดที่นี่ รอบตัวเธอมีความอลังการอันรุนแรงบางอย่างที่ทำให้เกิดความเข้าใจผิดเกี่ยวกับสิ่งที่กำลังทำอยู่ โดยทั่วไป แม้ว่าฉันจะไม่ใช่นักจุลชีววิทยา แต่ฉันก็สนใจ ฉันไปหานักพัฒนา - V.A. มิโรนอฟ. เขาเป็นผู้คิดค้นเทคโนโลยีการพิมพ์อวัยวะและจดสิทธิบัตรในสหรัฐอเมริกามีส่วนร่วมในการพัฒนาเครื่องพิมพ์ชีวภาพสามแบบและเขาเป็น "หัวหน้าฝ่ายวิทยาศาสตร์" ในห้องปฏิบัติการแห่งใหม่ในมอสโก:

วีเอ Mironov (M.D., Ph.D., ศาสตราจารย์ที่มีประสบการณ์ 20 ปีในด้านจุลชีววิทยาโดยเฉพาะด้านไอที) - ในกระบวนการหนึ่งชั่วโมงครึ่งเพื่ออธิบายให้ฉันฟังถึงแก่นแท้ของเทคโนโลยีเขาดึงพวง ของกระดาษ

เขาไม่สามารถพูดถึงสื่อโดยสรุปได้ เพราะก่อนอื่นคุณต้องเข้าใจประวัติความเป็นมาของประเด็นนี้เสียก่อน ตัวอย่างเช่น เหตุใดเราจึงต้องละทิ้งแนวคิดอันชาญฉลาดในการเลี้ยงเอ็มบริโอที่ไม่มีศีรษะในแม่ที่ตั้งครรภ์แทน แล้วจึงเอาไตออกจากมันและใส่ลงในสารละลายชีวภาพเพื่อการเร่งการเจริญเติบโต

สำหรับตอนนี้สิ่งสำคัญ อย่ารีบดื่มทุกอย่างที่ไหม้เพราะตับใหม่ยังอยู่ไกลมาก. ไป.

วิวัฒนาการของวิธีการ

ดังนั้นในตอนแรกก็มี ยีนบำบัด: ผู้ป่วยได้รับยาคอมเพล็กซ์ที่เหมาะสม เซลล์บางเซลล์ถูกแยกออก มีการนำยีนที่จำเป็นเข้าไปในเซลล์เหล่านั้น และจากนั้นก็นำเซลล์เหล่านั้นไปไว้ในร่างกายมนุษย์ มีอินซูลินไม่เพียงพอ - นี่คือยีนที่ผลิตอินซูลิน เรานำเซลล์ที่ซับซ้อน ดัดแปลง และฉีดเข้าไปในตัวคนไข้ แนวคิดนี้ดีมากแม้ว่าจะมีข้อเสียเปรียบพื้นฐานประการหนึ่ง นั่นคือ ผู้ป่วยจะหายขาดทันที และไม่จำเป็นต้องซื้ออะไรหลังการผ่าตัด นั่นคือเดาว่ามันอยู่ในลำคอของใคร คดีนี้เป็นเรื่องยาก และจากนั้นผู้ป่วยรายหนึ่งเสียชีวิต - และการฟ้องร้องและการสั่งห้ามตามแบบฉบับของสหรัฐฯ ก็เริ่มขึ้น ซึ่งส่งผลให้การวิจัยต้องถูกตัดทอนลง จึงมีวิธีการแต่ยังไม่ได้รับการทดสอบอย่างเหมาะสม

เทรนด์ต่อมาก็คือ การบำบัดด้วยเซลล์- การใช้สเต็มเซลล์จากตัวอ่อน วิธีการนี้เป็นเลิศ: มีการใช้เซลล์ "สากล" ซึ่งสามารถพัฒนาตามความต้องการของผู้ป่วยได้ ปัญหาคือคุณต้องมีเอ็มบริโอเพื่อที่จะพาพวกมันไปที่ไหนสักแห่ง เห็นได้ชัดว่าเอ็มบริโอถูกใช้ไปในกระบวนการรับเซลล์ และนี่คือปัญหาทางศีลธรรมและจริยธรรมที่ทำให้เกิดการห้ามใช้เซลล์ดังกล่าว

ไกลออกไป - วิศวกรรมเนื้อเยื่อ- นี่คือเมื่อคุณวางฐาน ใส่เซลล์ลงไป ใส่ทั้งหมดลงในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ และที่ผลลัพธ์ คุณจะได้ผลลัพธ์ (อวัยวะ) ที่ผู้ป่วยต้องการ เหมือนอวัยวะเทียมที่มีชีวิตอยู่เท่านั้น ที่นี่ จุดสำคัญ: ความแตกต่างหลักจากอวัยวะเทียมก็คือ ในตอนแรกอวัยวะเทียมนั้นทำจากสารอนินทรีย์ และไม่น่าจะรวมเข้ากับร่างกายได้ “เหมือนอวัยวะพื้นเมือง” คุณไม่สามารถเกาขาไม้ได้

วิธีการทางวิศวกรรมเนื้อเยื่อได้แก่ กรอบ– เมื่อใช้อวัยวะซากศพที่ถูกชะล้าง (ถูกลิดรอน) ซึ่งจากนั้นจะ “เติม” เข้ากับเซลล์ของผู้ป่วย กลุ่มวิทยาศาสตร์อื่นๆ ได้พยายามที่จะทำงานร่วมกับโครงร่างโปรตีนอวัยวะจากสุกร (ไม่จำเป็นต้องมีผู้บริจาคที่เป็นมนุษย์ แต่ความสามารถในการเข้ากันได้ของภูมิคุ้มกันนั้นเกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์) เฟรมเป็นของเทียม-จาก วัสดุที่แตกต่างกันกลุ่มวิทยาศาสตร์บางกลุ่มถึงกับทดลองน้ำตาลด้วยซ้ำ

มิโรนอฟเองก็ฝึกซ้อม เทคโนโลยีไร้กรอบ(ใช้ไฮโดรเจลเป็นเบส) ในวิธีการของเขานั้น ฐานโพลีเมอร์จะสลายตัวอย่างรวดเร็วและท้ายที่สุดจะเหลือเพียงวัสดุเซลล์เท่านั้น พูดง่ายๆ ก็คือ ขั้นแรกให้แทรกเฟรมนีโอกรานิกที่มีเซลล์ที่วางอยู่ จากนั้นเฟรมจะ "ละลาย" และการทำงานของมันจะถูกยึดครองโดยเซลล์ของอวัยวะที่โตแล้ว วัสดุชนิดเดียวกันนี้ใช้สำหรับโครงเช่นเดียวกับการเย็บแผลในการผ่าตัด: สลายตัวได้ง่ายและง่ายดายในร่างกายมนุษย์

ที่นี่ คำถามหลัก– เหตุใดจึงต้องมีการพิมพ์ 3 มิติ เพื่อทำความเข้าใจเรื่องนี้ เราจะมาเจาะลึกลงไปอีกหน่อยเกี่ยวกับวิธีวิศวกรรมเนื้อเยื่อที่มีอยู่

เข้าใกล้เป้าหมายมากขึ้น

โดยทั่วไปแล้ว แนวคิดในการใส่อวัยวะออร์แกนิกที่ปลูกไว้ล่วงหน้าเข้าไปในตัวบุคคลนั้นยอดเยี่ยมมาก ลองดูสามตัวเลือกสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยี:

1. คุณเอาเฟรมอนินทรีย์ เพาะมันด้วยเซลล์ และคุณจะได้อวัยวะที่สมบูรณ์. วิธีการนี้หยาบแต่ได้ผล นี่คือสิ่งที่เรากำลังพูดถึงในกรณีส่วนใหญ่เมื่อพวกเขาพูดว่า "เราพิมพ์อวัยวะ" ปัญหาคือคุณต้องนำ "วัสดุก่อสร้าง" ไปที่ไหนสักแห่ง - เซลล์เอง และหากมีอยู่ก็เป็นเรื่องโง่ที่จะใช้กรอบภายนอกบางประเภทเมื่อเป็นไปได้ที่จะประกอบอวัยวะจากพวกมัน แต่ปัญหาที่เจ็บปวดที่สุดคือการบุผนังหลอดเลือดที่ไม่สมบูรณ์ ตัวอย่างเช่น สำหรับหลอดลมที่ทำเช่นนี้ ระดับจะอยู่ที่ประมาณ 70% ซึ่งหมายความว่าหลอดเลือดผิวเผินนั้นมีการเกิดลิ่มเลือด - เมื่อรักษาผู้ป่วยคุณจะแนะนำโรคใหม่ให้เขาทันที จากนั้นเขาต้องใช้เฮปารินหรือยาอื่น ๆ หรือรอให้ลิ่มเลือดและเส้นเลือดอุดตันเกิดขึ้น และที่นี่ทนายความของสหรัฐฯ ก็รออย่างใจจดใจจ่อและพร้อมที่จะดำเนินการตามสถานการณ์เก่า และปัญหาของการบุผนังหลอดเลือดยังไม่ได้รับการแก้ไข ตัวแปรที่เป็นไปได้– การแยกเซลล์ต้นกำเนิดไขกระดูกโดยใช้การระดมพลพร้อมการเตรียมการพิเศษและการกลับบ้านบนอวัยวะ แต่นี่ยังห่างไกลจากการฝึกฝน
2. วิธีที่สองนั้นแปลกใหม่และเป็นที่ชื่นชอบอย่างมากในการเยาะเย้ยถากถาง. เรานำเซลล์ของผู้ป่วย (ไฟโบรบลาสต์) และเพิ่มยีน 4 ตัว เราใส่เซลล์ที่ได้นั้นเข้าไปในบลาสโตซิสต์ (เอ็มบริโอของสัตว์) และเริ่มเติบโตของสัตว์ ปรากฎว่าหมูที่มีตับอ่อนของมนุษย์เรียกว่าความฝัน อวัยวะนี้เป็นอวัยวะ “พื้นเมือง” โดยสมบูรณ์ มีเพียงโครงสร้างพื้นฐานทั้งหมดที่อยู่รอบๆ อวัยวะ เช่น หลอดเลือด เนื้อเยื่อ และอื่นๆ ที่มาจากหมู และพวกเขาจะถูกปฏิเสธ แต่ไม่มีอะไร. เรานำหมูมาตัดอวัยวะที่ต้องการออก (หมูถูกกินจนหมด) จากนั้นเราก็เอาเนื้อเยื่อหมูทั้งหมดออกโดยใช้กระบวนการพิเศษ - เราได้โครงร่างออร์แกนิกของอวัยวะที่สามารถนำไปใช้ในการปลูกอวัยวะใหม่ได้ นักวิจัยบางคนไปไกลกว่านั้นและเสนอแนวทางช่วยชีวิตต่อไปนี้: มาแทนที่หมูด้วยแม่ที่ตั้งครรภ์แทนกันดีกว่า นี่คือ: นอกจาก 4 ยีนแล้วยังมีอีกยีนหนึ่งถูกเพิ่มเข้าไปในเซลล์ซึ่งมีหน้าที่รับผิดชอบในการเกิด acephaly (ขาดหัว) จ้างแม่อุ้มบุญให้อุ้มเพื่อนในครรภ์ที่มีร่วมกัน มันพัฒนาไปโดยไม่มีหัว คนจำพวก Acephalians ทำได้ดี จากนั้น - อัลตราซาวนด์พบว่าเด็กมีข้อบกพร่องและการทำแท้งที่ได้รับอนุญาตตามกฎหมาย ไม่มีหัว - ไม่มีคน ซึ่งหมายความว่าเราไม่ได้ฆ่าใครเลย แล้ว - ครั้งหนึ่ง! - ขณะนี้เรามีวัสดุชีวภาพที่ถูกกฎหมายตามทฤษฎีกับอวัยวะที่ยังไม่ได้รับการพัฒนาของผู้ป่วย รีบปลูกฝังกันเถอะ! ข้อเสียที่ชัดเจน - นอกจากด้านศีลธรรมแล้ว - ความซับซ้อนขององค์กรและภาวะแทรกซ้อนทางกฎหมายที่อาจเกิดขึ้นในอนาคต
3. และสุดท้ายก็มีวิธีที่สามซึ่งเรากำลังพูดถึงอยู่. นอกจากนี้ยังเป็นการพิมพ์อวัยวะสามมิติที่ทันสมัยที่สุดอีกด้วย และนี่คือสิ่งที่พวกเขากำลังทำอยู่ในห้องปฏิบัติการแห่งใหม่ ประเด็นคือ: ไม่จำเป็นต้องมีโครงอนินทรีย์ (เซลล์รองรับตัวเองได้อย่างสมบูรณ์แบบ) ไม่จำเป็นที่จะต้องเอาอวัยวะจากใครสักคน ผู้ป่วยบริจาคเนื้อเยื่อไขมันเล็กน้อย (ทุกคนมีมัน ในระหว่างการทดลอง มีเพียงชาวญี่ปุ่นผอมเท่านั้นที่บ่น) ซึ่งได้รับองค์ประกอบโครงสร้างที่จำเป็นโดยการประมวลผลเซลล์ตามลำดับ สร้าง โมเดลสามมิติอวัยวะจะถูกแปลงเป็นไฟล์ CAD จากนั้นจะมอบให้กับเครื่องพิมพ์ 3D ซึ่งสามารถพิมพ์ด้วยเซลล์ของเราและทำความเข้าใจว่าจุดใดในพื้นที่สามมิติที่ต้อง "วาง" เซลล์ประเภทใดประเภทหนึ่งโดยเฉพาะ ผลลัพธ์คือโครงสร้างเนื้อเยื่อที่ต้องวางไว้ในสภาพแวดล้อมพิเศษก่อนที่ปัญหาภาวะขาดออกซิเจนจะเริ่มต้นขึ้น ในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ โครงสร้างเนื้อเยื่อจะ "สุก" จากนั้นอวัยวะก็สามารถ “ปลูกถ่าย” เข้าไปในตัวคนไข้ได้

ปัญหาที่ชัดเจนของวิธีการคือ:

1. การได้รับแบบจำลองอวัยวะ คุณต้องมีไดอะแกรมที่ไหนสักแห่ง มันค่อนข้างง่าย
2. การได้รับเซลล์นั้นเอง แน่นอนว่าเราต้องการวัสดุในการพิมพ์อวัยวะ
3. การประกอบเครื่องพิมพ์เพื่อให้สามารถพิมพ์เซลล์ได้ (ปัญหามากมายเกี่ยวกับการก่อตัวของโครงสร้างอวัยวะ)
4. ภาวะขาดออกซิเจน (ขาดออกซิเจน) ระหว่างการสร้างอวัยวะ
5. การใช้โภชนาการของอวัยวะและการสุกแก่ของร่างกายให้พร้อม

ดังนั้น เครื่องพิมพ์ 3 มิติจึงเป็นเพียงส่วนหนึ่งของสายการผลิตอวัยวะ จำเป็นต้องมีภาพวาด วัสดุ และผลลัพธ์ที่ได้ของอวัยวะจะต้องถูกปลูกจากเซลล์ ตอนนี้เรามาดูทีละขั้นตอนว่างานทั้งหมดที่อธิบายไว้ข้างต้นได้รับการแก้ไขอย่างไร

แบบจำลองอวัยวะ

ดังนั้นไฟล์ CAD จึงถูกถ่าย (ปัจจุบันอยู่ในรูปแบบ stl) พร้อมกับแบบจำลองของออร์แกน วิธีที่ง่ายที่สุดในการรับแบบจำลองคือการสแกนผู้ป่วยสามมิติด้วยตัวเอง จากนั้นจึงปรับแต่งข้อมูลด้วยตนเอง ปัจจุบันการออกแบบปัจจุบันมีการสร้างแบบจำลองใน AutoCAD

การสร้างแบบจำลองสามารถมองเห็นได้ โครงสร้าง 3 มิติเป็นเหมือนชิ้นส่วนทั่วไป - แทนที่จะเป็นพลาสติกเท่านั้นที่จะมีทรงกลมที่เป็นผ้า

วัสดุ

นำวัสดุมา - เนื้อเยื่อทรงกลมซึ่งจะใช้ในการปิดผนึก ไฮโดรเจลถูกใช้เป็นฐานและทำหน้าที่เป็นโครงสร้างเชื่อมต่อ จากนั้นเครื่องพิมพ์ 3 มิติจะพิมพ์อวัยวะจากเนื้อเยื่อทรงกลมเหล่านี้

การทดลองครั้งแรกยืนยันว่าอวัยวะทั้งหมดสามารถประกอบเป็นชิ้นๆ ได้ โดยนักวิทยาศาสตร์ได้ตัดหัวใจของไก่ออกเป็นชิ้นๆ แล้วประกอบกลับเข้าด้วยกัน สำเร็จแล้ว.

ตอนนี้คำถามคือจะหาเซลล์สำหรับวัสดุนี้ได้ที่ไหน สิ่งที่ดีที่สุดคือเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนมนุษย์ ซึ่งสามารถสร้างเซลล์สำหรับเนื้อเยื่อใดๆ ก็ได้โดยการสร้างความแตกต่างตามลำดับ แต่อย่างที่เรารู้คุณไม่สามารถสัมผัสพวกมันได้ แต่คุณสามารถใช้ iPS - สเต็มเซลล์ที่เกิดจากพลูริโพเทนต์ได้ พวกเขาสามารถทำจากไขกระดูก เยื่อฟัน หรือเนื้อเยื่อไขมันปกติของผู้ป่วย และพวกมันจะถูกผลิตขึ้น บริษัทต่างๆทั่วโลก

โครงการมีดังนี้: บุคคลไปที่คลินิก ทำการดูดไขมัน เนื้อเยื่อไขมันจะถูกแช่แข็งและวางไว้ในที่เก็บ หากจำเป็นจะได้รับเซลล์ที่จำเป็นจะถูกสร้างขึ้นจากมัน (ATDSC มีความซับซ้อนอย่างหนึ่งในรัสเซีย) จากนั้นจึงแยกความแตกต่างตามวัตถุประสงค์ที่ตั้งใจไว้ ตัวอย่างเช่น iPS สามารถสร้างขึ้นจากไฟโบรบลาสต์ สามารถสร้างเยื่อบุผิวไตจากพวกมัน และจากนั้นก็สามารถสร้างเยื่อบุผิวที่ทำหน้าที่ได้

เครื่องจักรสำหรับการผลิตเซลล์ดังกล่าวโดยอัตโนมัติผลิตโดยบริษัท General Electric เป็นต้น

เครื่องหมุนเหวี่ยง. ขั้นตอนแรกของการแยกวัสดุออกจากเนื้อเยื่อไขมัน

จากเซลล์เหล่านี้ ลูกบอลจะถูกสร้างขึ้นในร่องขนาดเล็กพิเศษบน วัสดุแข็ง. เซลล์แขวนลอยจะถูกวางลงในช่องบนแม่พิมพ์ จากนั้นเซลล์จะเติบโตร่วมกันจนกลายเป็นลูกบอล แม่นยำกว่านั้นคือทรงกลมที่ไม่เรียบมาก

การประมวลผลบล็อกโครงสร้าง

ปัญหาต่อไปคือเซลล์ในคาร์ทริดจ์กระตือรือร้นที่จะเติบโตไปด้วยกัน เนื้อเยื่อทรงกลมจะต้องแยกออกจากกัน ไม่เช่นนั้นพวกมันจะเริ่มเติบโตด้วยกันก่อนเวลาอันควร พวกเขาจำเป็นต้องห่อหุ้มและเพื่อจุดประสงค์นี้จึงใช้กรดไฮยาลูโรนิกที่ได้จากซีรั่มในเลือด คุณต้องการมันเพียงเล็กน้อย - เพียงหนึ่งชั้นบาง ๆ นอกจากนี้ยัง “หายไป” อย่างรวดเร็วหลังการพิมพ์อีกด้วย

ผนึก

หัวเครื่องพิมพ์ 3D มีเครื่องอัดรีด 3 เครื่อง ได้แก่ หัวฉีด 2 หัวพร้อมเจล และอุปกรณ์ที่สร้างเนื้อเยื่อทรงกลม หัวฉีดแรกที่มีเจลประกอบด้วยทรอมบิน หัวฉีดที่สองประกอบด้วยไฟบริโนเจน เจลทั้งสองค่อนข้างเสถียรจนกระทั่งสัมผัสกัน แต่เมื่อโปรตีนไฟบริโนเจนถูกแยกออกโดยทรอมบิน จะเกิดโมโนเมอร์ของไฟบริน ด้วยเหตุนี้เองที่ทำให้เนื้อเยื่อทรงกลมถูกยึดติดกันเหมือนคอนกรีต ด้วยความลึกของเลเยอร์ที่สอดคล้องกับเส้นผ่านศูนย์กลางของทรงกลมคุณสามารถใช้วัสดุตามลำดับทีละแถว - สร้างเลเยอร์แก้ไขแล้วย้ายไปยังชั้นถัดไป จากนั้นไฟบรินจะถูกย่อยสลายอย่างง่ายดายในตัวกลาง และถูกชะล้างออกไปในระหว่างการกำซาบ เหลือเพียงเนื้อเยื่อที่ต้องการเท่านั้น

นี่คือวิธีการพิมพ์หลอด

เครื่องพิมพ์พิมพ์ได้หลายชั้น 250 ไมโครเมตร ซึ่งเป็นความสมดุลระหว่าง ขนาดที่เหมาะสมที่สุดบล็อกและความเสี่ยงของภาวะขาดออกซิเจนในทรงกลม ภายในครึ่งชั่วโมงคุณสามารถพิมพ์โครงสร้างทางวิศวกรรมเนื้อเยื่อขนาด 10x10 เซนติเมตรได้ แต่นี่ไม่ใช่อวัยวะ แต่เป็นโครงสร้างทางวิศวกรรมเนื้อเยื่อ "น้ำมูก" ในศัพท์แสง โครงสร้างที่จะมาเป็นอวัยวะนั้นจะต้องมีชีวิตอยู่ มีรูปแบบที่ชัดเจน และทำหน้าที่ได้

กล้องจุลทรรศน์ที่มีขนาดใหญ่ ความยาวโฟกัสมองดูลูกบาศก์แก้วด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

หัวพิมพ์. ขณะนี้คอมเพล็กซ์กำลังถูกทดสอบบนพลาสติก ขณะนี้เครื่องพิมพ์กำลังพิมพ์อยู่ วัสดุสิ้นเปลือง,อุปกรณ์แม่พิมพ์พลาสติกสำหรับสร้างทรงกลม ในเวลาเดียวกัน การทดสอบกำลังดำเนินการบนกล่องปลอดเชื้อสำหรับเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทำงานอยู่

หลังการประมวลผล

คำถามหลักก็คือ โดยทั่วไปแล้วเซลล์จะได้รับประโยชน์จากการเข้าถึงออกซิเจนและสารอาหาร. มิฉะนั้นพวกเขาก็เริ่มเน่าเปื่อย เมื่ออวัยวะบางก็ไม่มีปัญหา แต่จากสองสามมิลลิเมตรนี่เป็นสิ่งสำคัญ จริงอยู่ที่ช้างมีกระดูกอ่อนยาวถึง 5 มิลลิเมตร แต่พวกมันถูกสร้างขึ้นในตำแหน่งที่มันถูกสร้างขึ้น ความดันสูงเนื่องจากมวลช้างที่เหลือ ดังนั้นเพื่อป้องกันไม่ให้อวัยวะที่พิมพ์เสื่อมสภาพในระหว่างกระบวนการผลิต จึงจำเป็นต้องมีการหมุนเวียนในระดับจุลภาค ซึ่งทำได้โดยการพิมพ์ภาชนะและเส้นเลือดฝอยจริง บวกกับการใช้รูกระจายที่ดีที่สุดที่ทำโดยเครื่องมืออนินทรีย์ (พูดโดยคร่าวก็คือ บล็อกโครงสร้างจะมาถึง "ไม้เสียบ" ของโพลีเมอร์ ซึ่งจากนั้นจะถูกเอาออก)

ซีลผ้า

การเชื่อมโยงเนื้อเยื่อของเซลล์หลายชนิดโดยไม่มีการผสมกัน

อวัยวะในอนาคตจะถูกวางไว้ในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ สิ่งนี้ง่ายกว่ามากคือขวดโหลที่มี สภาพแวดล้อมที่มีการควบคุมซึ่งสารที่จำเป็นจะถูกส่งไปยังอินพุตและเอาท์พุตของอวัยวะ บวกกับการเร่งการเจริญเติบโตเนื่องจากอิทธิพลของปัจจัยการเจริญเติบโต

สิ่งที่น่าสนใจมีดังนี้ สถาปัตยกรรมของอวัยวะมักจะคล้ายกับวัตถุห่อหุ้มที่คุ้นเคยจาก OOP เช่น หลอดเลือดแดงทางเข้า หลอดเลือดดำทางออก และฟังก์ชั่นมากมายภายใน สันนิษฐานว่าเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพจะให้อินพุตและเอาต์พุตที่ต้องการ แต่นี่ยังคงเป็นทฤษฎี ยังไม่มีการรวบรวมแม้แต่ทฤษฎีเดียว แต่โครงการได้รับการพัฒนาถึงขั้น “คุณสามารถประกอบต้นแบบได้”

มันแขวนอยู่ในห้องปฏิบัติการ ขั้นตอนแรกสามารถมองเห็นได้: การได้รับองค์ประกอบพื้นฐาน ขั้นตอนที่สองคือเครื่องพิมพ์ 3D ที่มีเครื่องอัดรีดสามเครื่อง ขั้นตอนที่สามกำลังย้ายจากต้นแบบไปสู่แบบจำลองอุตสาหกรรม จากนั้นทำการทดสอบในสัตว์ จากนั้นไปที่ IPO และติดตั้งในคน

ผลิตภัณฑ์ทั้งหมด - เครื่องคัดแยกเซลล์, เครื่องผลิตเนื้อเยื่อทรงกลม, เครื่องพิมพ์, หน่วยกำซาบ

ตลาด

ตอนนี้ใครต้องการทั้งหมดนี้ในขั้นตอนที่อวัยวะไม่อยู่ที่นั่น?

คนแรก ลูกค้ารายใหญ่- ทหาร. จริงๆ แล้ว อย่างที่คุณอาจเดาได้ DARPA ไปเยี่ยมนักวิทยาศาสตร์ทุกคนที่ทำงานในหัวข้อนี้ มีประโยชน์สองประการ - การทดสอบ (มีหลายสิ่งที่ไม่สามารถทดสอบกับคนที่ยังมีชีวิตอยู่ได้ แต่ฉันต้องการ - อวัยวะที่แยกจากกันจะมีประโยชน์มาก) และการรักษา ตัวอย่างเช่น แขนของนักสู้เพื่อประชาธิปไตยถูกฉีกออก และต้องใช้เวลาหนึ่งวันในการคลานไปโรงพยาบาล คงจะดีถ้าปิดรู คลายปวด ให้โอกาสเขายิงต่ออีก 5 ชั่วโมง แล้วค่อยมาหาพยาบาลเอง ตามทฤษฎีแล้ว หุ่นยนต์ทั้งสองตัวก็เป็นไปได้ที่จะประกอบทั้งหมดนี้เข้าที่ หรือติดแผ่นจากเนื้อเยื่อของมนุษย์ ซึ่งกำลังได้รับการพิจารณาอย่างจริงจังว่าจะใช้กับแผลไหม้ได้

ลูกค้ารายที่สอง – ยา. ที่นั่นมีการทดสอบยาเป็นเวลา 15 ปี ก่อนออกสู่ตลาด ตามที่ชาวอเมริกันล้อเล่น การฆ่าเพื่อนร่วมงานนั้นง่ายกว่าการใช้หนู บนเมาส์คุณจะต้องรวบรวมเอกสารจำนวนหนึ่งที่มีความหนาเท่ากับมือของคุณ หนูที่ผ่านการรับรองมักจะมีราคาแพงมาก และผลลัพธ์สำหรับสัตว์ก็แตกต่างไปจากผลลัพธ์สำหรับมนุษย์ รุ่นที่มีอยู่การทดสอบในแบบจำลองเซลล์แบนและในสัตว์ไม่มีความเกี่ยวข้องเพียงพอ ห้องปฏิบัติการบอกฉันว่าประมาณ 7% ของสูตรยาใหม่ในโลกไม่ได้นำไปทดลองทางคลินิกเนื่องจากตรวจพบพิษต่อไตในระหว่างการทดสอบพรีคลินิก ในบรรดาผู้ที่ทำเช่นนั้น ประมาณหนึ่งในสามมีปัญหาเรื่องความเป็นพิษ นั่นคือเหตุผลว่าทำไมงานแรก ๆ อย่างหนึ่งคือทดสอบการทำงานของ nephrons ที่ทำในห้องปฏิบัติการ เนื้อเยื่อและอวัยวะจากเครื่องพิมพ์จะช่วยเร่งการพัฒนายาได้อย่างมากและนี่เป็นเงินจำนวนมหาศาล

ลูกค้ารายที่สามคือโรงพยาบาลตัวอย่างเช่น ตลาดการปลูกถ่ายไตในสหรัฐอเมริกามีมูลค่า 25 พันล้านดอลลาร์ ในตอนแรก แผนคือการขายเครื่องพิมพ์ 3 มิติให้กับโรงพยาบาลเพื่อให้ผู้ป่วยได้รับสิ่งที่ต้องการ ขั้นตอนถัดไป (ทางทฤษฎี) คือการสร้างคอมเพล็กซ์สำหรับการพิมพ์อวัยวะภายในตัวคนไข้โดยตรง ความจริงก็คือ การส่งหัวพิมพ์ขนาดเล็กเข้าไปในคนไข้มักจะง่ายกว่าอวัยวะขนาดใหญ่มาก แต่สิ่งเหล่านี้ยังคงเป็นความฝัน แม้ว่าจะมีหุ่นยนต์ที่จำเป็นอยู่ก็ตาม

นี่คือวิธีการทำงานโดยประมาณ

ใช่ มีอีกคนหนึ่งที่นี่ หัวข้อสำคัญ: ขณะเดียวกัน ก็มีการวิจัยเกี่ยวกับการควบคุมเนื้อเยื่อทรงกลมเนื่องจากการลอยของแม่เหล็ก การทดลองครั้งแรกนั้นง่ายมาก โดยใส่เหล็ก "นาโนฟิลก์" เข้าไปในเนื้อผ้า และสเฟียรอยด์ก็บินไปในสนามแม่เหล็กตามที่ควรจะเป็นและถูกส่งไปยังสถานที่นั้น แต่ความแตกต่างก็ประสบ เป็นการยากที่จะทำหน้าที่ที่จำเป็นด้วยขี้เลื่อย ขั้นตอนต่อไปคือโลหะในชั้นห่อหุ้ม แต่ที่เย็นกว่านั้นก็คือโครงไมโครที่มีอนุภาคแม่เหล็ก โครงเหล่านี้ปกคลุมทรงกลมและยังสามารถทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมต่อเฟรมที่เข้าที่พอดี ซึ่งให้ขอบเขตมหาศาลสำหรับการพิมพ์อวัยวะอย่างรวดเร็ว