Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Drukowanie organów stanie się normą w ciągu 2 dekad?

Recommended Posts

Bioinżynierowie z Rice University dokonali przełomu na polu druku 3D organów do przeszczepu. Dzięki ich pracy możliwe stało się drukowanie złożonych sieci połączeń naczyniowych, którymi może płynąć krew, chłonka, inne płyny ustrojowe oraz powietrze.

Prace zespołu na którego czele stali Jordan Miller z Rice University oraz Kelly Stevens z University of Washington są na tyle przełomowe, że ich wynikiem zilustrowano okładkę Science. Możemy na niej zobaczyć hydrożelowy model model worka powietrznego imitującego płuca z drogami oddechowymi i drzewem oddechowym dostarczającymi tlen do naczyń krwionośnych.

Jedną z najpoważniejszych przeszkód na drodze do drukowania funkcjonujących organów była niemożność wydrukowania skomplikowanej sieci naczyń krwionośnych dostarczających składniki odżywcze do gęsto upakowanych tkanek, mówi profesor Miller. Jakby tego było mało, nasze organy wewnętrzne zawierają niezależne sieci naczyń, jak drogi oddechowe i naczynia krwionośne w płucach czy przewody żółciowe i naczynia krwionośne w wątrobie. Te przenikające się sieci są fizycznie i biochemicznie połączone, a ich architektura jest powiązana z funkcją tkanki. Nasza technika druku jest pierwszą, która radzi sobie z tymi problemami w sposób bezpośredni i wszechstronny.

Specjaliści zajmujący się inżynierią tkanek od wielu lat nie potrafili poradzić sobie z poziomem skomplikowania sieci naczyniowych. Dzięki naszej pracy możemy teraz zapytać: czy skoro jesteśmy w stanie wydrukować tkankę, która wygląda i nawet oddycha podobnie jak zdrowa tkanka, to czy będzie ona zachowywała się jak zdrowa tkanka. To bardzo ważne pytanie, gdyż od tego, jak będą funkcjonowały drukowane tkanki będzie zależało, czy w ogóle przydadzą się one do przeszczepu, stwierdza Stevens.

Prace nad drukiem organów są napędzane przez olbrzymie zapotrzebowanie. Na całym świecie brakuje organów do przeszczepu. W samych Stanach Zjednoczonych na organy czeka ponad 100 000 osób. Ci, którym się uda i doczekają przeszczepu, muszą przez całe życie przyjmować leki immunosupresyjne by zapobiec odrzuceniu organu. Drukowanie organów może za jednym zamachem załatwić oba problemy. Zapewni dostateczną liczbę tkanek do przeszczepu, a że będą one drukowane z komórek pacjenta, nie będzie istniało ryzyko odrzucenia, zatem nie będzie potrzeby przyjmowania leków. Naszym zdaniem w ciągu dwóch najbliższych dekad drukowanie organów stanie się ważnym elementem medycyny, mówi Miller.

Szczególnie interesująca jest dla nas wątroba, gdyż spełnia ona 500 różnych funkcji, więcej spełnia tylko mózg. Stopień złożoności wątroby oznacza, że obecnie nie istnieje żadna maszyna czy terapia, która może ją w pełni zastąpić, dodaje Stevens.

Zespół Millera i Stevens stworzył nową otwartoźródłową technologię biodruku, którą nazwał SLATE (stereolitography apparatus for tissue engineering). Poszczególne warstwy są drukowane z ciekłego roztworu hydrożelowego, który utwardza się pod wpływem niebieskiego światła. Projektor oświetla od góry tkankę drukowaną warstwa po warstwie. Wielkość pojedynczego piksela druku waha się od 10 do 50 mikrometrów. Po tym, jak właśnie wydrukowana warstwa zostanie utwardzona, specjalne ramię podnosi wydrukowany element o tyle tylko, by można było nałożyć kolejną warstwę 2D i ją utwardzić. Jednym z ważnych elementów nowej techniki było dodanie do roztworu barwników do żywności, które absorbują niebieskie światło. Dzięki temu możliwe stało się utwardzanie badzie cienkich warstw. W ten sposób w ciągu kilku minut można otrzymać elastyczny miękki biokompatybilny element o bardzo złożonej architekturze wewnętrznej.

Testy przeprowadzone na strukturze naśladującej prototypowe płuca wykazały, że całość jest na tyle odporna, iż nie ulega uszkodzeniu podczas ruchów naśladujących oddychanie oraz przepływ krwi. Symulacje przeprowadzano przy ciśnieniach i częstotliwościach, na jakie rzeczywiście są wystawiane ludzkie płuca. Podczas eksperymentów zaobserwowano, że czerwone krwinki rzeczywiście pobierają tlen i przenoszą go przez naczynia. Cały proces przypominał wymianę gazową odbywającą się w płucach.

Przeprowadzono też testy implantów terapeutycznych dla cierpiących na choroby wątroby. Naukowcy wydrukowali tkankę wątroby i przeszczepili ją myszy z uszkodzoną wątrobą. Testy wykazały, że komórki wątroby przetrwały przeszczep.

 


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Uniwersytetu Minnesoty opracowali metodę druku 3D, która wykorzystuje technikę przechwytywania ruchu, by drukować czujniki bezpośrednio na kurczących się i rozszerzających narządach.
      Warto przypomnieć, że dwa lata temu ten sam zespół nadrukował elektronikę na poruszającą się dłoń. Technikę później rozwinięto. Opracowaliśmy działający in situ system druku 3D, który oszacowuje ruch i deformacje docelowej powierzchni, by dostosować działanie urządzenia w czasie rzeczywistym - napisano w artykule opublikowanym na łamach Science Advances.
      Przesuwamy granice druku 3D w rejony, o których lata temu w ogóle nie myśleliśmy - podkreśla Michael McAlpine. Druk 3D na poruszających się obiektach sam w sobie jest już wystarczająco trudny, tu zaś musimy [dodatkowo] znaleźć sposób na drukowanie na powierzchni, która odkształca się w czasie rozszerzania i kurczenia.
      Eksperymenty zaczęły się od balonowatej powierzchni i specjalnej drukarki 3D. Wykorzystano markery do przechwytywania ruchu, które pozwalały urządzeniu dostosować ścieżkę wydruku do ruchów podłoża. Później przyszedł czas na zwierzęce (świńskie) płuco, które sztucznie wypełniano powietrzem. Ku uciesze naukowców, próba nadrukowania hydrożelowego czujnika naprężeń zakończyła się sukcesem. McAlpine dodaje, że w przyszłości tę samą technikę można by zastosować do drukowania 3D czujników na pompujących sercu.
      [...] To duży krok naprzód w zakresie połączenia technologii druku 3D z robotami chirurgicznymi. W przyszłości druk 3D będzie [...] stanowić część większych autonomicznych systemów robotycznych.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W połowie kwietnia w Kanchanaburi w Tajlandii znaleziono dzioborożca ze złamanym skrzydłem i z brakującą dużą częścią dzioba żuchwowego. Dzięki pomocy weterynarzy, którzy wydrukowali protezę na drukarce 3D, ptak o wdzięcznym imieniu Coco może znowu jeść.
      Nie wiadomo, co dokładnie stało się dorosłemu dzioborożcowi, ale wydaje się, że został zaatakowany przez kłusowników, którzy zostawili go w lesie na pewną śmierć. Choć weterynarzom udało się ustabilizować stan zwierzęcia, dzioba nie znaleziono, by móc go ponownie zamocować.
      Zdając sobie sprawę, że w takim stanie samica nie będzie mogła jeść, po wykonaniu skanów dziób żuchwowy wydrukowano na drukarce 3D. Protezy (pierwsza przetrwała zaledwie 30 min użytkowania) mocowano do pozostałej części dzioba za pomocą mocnego kleju.
      Zdjęcia wykonane 26 kwietnia w ośrodku rehabilitacyjnym pokazują, że Coco z apetytem pałaszuje kawałki owoców i nasiona.
      Specjaliści monitorują Coco, ponieważ boją się, że przez siłę, z jaką samica dziobie pokarm, plastikowa proteza może znowu odpaść. Zespół zastanawia się też nad wydrukowaniem dzioba z wykorzystaniem innych materiałów, tak by upewnić się, że dzioborożec ma najlepszy sztuczny dziób z możliwych.
      Supaphen Sripibun, szef Wydziału Medycyny Dzikich Zwierząt z Kasetsart University, obawia się, że uraz skrzydła jest na tyle poważny, że Coco nigdy nie zostanie wypuszczona na wolność. Uważamy, że skrzydło doznało trwałych uszkodzeń mięśni bądź nerwów. Nie wykryto złamania, ale ptak nie jest w stanie latać.
      Suchai Horadee z Wydziału Parków Narodowych i Ochrony Zwierząt i Roślin w Bangkoku podkreśla, że zwykle myśliwi zabierają całego ptaka, a nie tylko dziób. Ponieważ dzioba żuchwowego nie znaleziono, nie jesteśmy pewni, kto postrzelił Coco i czy nie był to wypadek. Prowadzimy śledztwo w sprawie tego, co się stało.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Japończycy zaproponowali nowy sposób zapobiegania odrzuceniom przeszczepów. Podczas testów posługiwali się indukowanymi pluripotencjalnymi komórkami macierzystymi (ang. induced pluripotent stem cells, iPSCs).
      Zespół prof. Kena-ichiro Seiny z Instytutu Genetyki Uniwersytetu Hokkaido odkrył, że pozyskane z iPSCs grasiczne komórki nabłonkowe mogą regulować odpowiedź immunologiczną na przeszczep skóry, wydłużając jego przeżywalność.
      Grasica to narząd wchodzący w skład układu limfatycznego. Znajduje się w śródpiersiu. Jest źródłem limfocytów T, które kontrolują odpowiedź immunologiczną, w tym odrzucenie narządu, i są blisko związane np. z autotolerancją immunologiczną.
      Podczas wcześniejszych badań występowały problemy z wydajnym pozyskiwaniem grasicznych komórek nabłonkowych z iPSCs. Japończycy stwierdzili jednak, że wprowadzenie ważnego genu grasicy Foxn1 do mysich indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych wspomaga proces różnicowania.
      Podczas eksperymentów zespół przeszczepiał myszom-biorcom agregaty grasicznych komórek nabłonkowych pozyskanych z iPSCs oraz skórę kompatybilnych genetycznie gryzoni.
      Okazało się, że gdy w ramach konkretnej procedury zawczasu przeszczepiano grasiczne komórki nabłonkowe, znacząco wydłużało to przeżywalność przeszczepów.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Około czteroletnia kotka Dymka straciła przez odmrożenie fragmenty wszystkich czterech kończyn. Dzięki wydrukowanym w 3D tytanowym protezom może teraz nie tylko chodzić i biegać, ale i wskakiwać na kanapę czy wdrapywać się na schody.
      Kotkę znalazł w grudniu 2018 r. w śniegu kierowca z Nowokuźniecka na Syberii. Widząc jej stan, pojechał do kliniki BEST w Nowosybirsku. Dymka miała poważne odmrożenia łap, uszu i ogona. Niestety, weterynarz Siergiej Gorszkow musiał amputować duże fragmenty wszystkich kończyn.
      Gorszkow i jego koledzy z kliniki od lat współpracują z badaczami z Politechniki w Tomsku (TPU). Zespół badawczy prof. Siergieja Twierdochlebowa opracował nawet powłoki z fosforanu wapnia do implantów weterynaryjnych. Wykorzystywano je już w protezach dla psów i kotów.
      Jak podkreślają specjaliści z TPU, wcześniej, w 2016 r., BEST Clinic wykonała podobną operację u kota Rudego. W ten sposób Dymka stała się drugim na świecie kotem z protezami wszystkich 4 kończyn.
      Do uzyskania modeli, a następnie wydrukowania kończyn wykorzystano zdjęcia z tomografii komputerowej. Dla kończyn przednich i tylnych stworzono dwa osobne modele. By zmniejszyć ryzyko odrzucenia implantu przez organizm kota, naukowcy z TPU zastosowali powłokę z fosforanu wapnia; naniesiono ją za pomocą mikrołukowego utleniania (ang. Microarc Oxidation, MAO). Do części tytanowych przymocowano wydrukowane również w 3D końcówki, które mają oddawać kształt kociej łapki.
      Dymka dostała implanty w dwóch turach: najpierw kończyn przednich, potem tylnych. Na nagraniu udostępnionym przez klinikę 10 grudnia widać, że pół roku później radzi sobie świetnie.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Durian to azjatycki owoc, który mimo intensywnego nieprzyjemnego zapachu jest przez wielu ludzi uznawany za prawdziwy przysmak. Okazuje się, że włókna z jego skórki mogą znaleźć zastosowanie m.in. w biodegradowalnych opakowaniach na żywność, a także w druku 3D.
      Naukowcy z International Islamic University Malaysia zmieszali włókna ze skórki duriana z epoksydowanym olejem roślinnym. W ten sposób powstał biodegradowalny polimer, któremu można nadać postać pojemników/tacek na żywność.
      Po 3 miesiącach w glebie degradacji ulega ok. 83% opakowania. Zespół podkreśla, że biokompozyt może też znaleźć zastosowanie jako alternatywny filament (tworzywo) do druku 3D.
      Durian jest uznawany za najbardziej śmierdzący owoc świata. Ma nawet własny znak zakazu. Mieszkańcy Azji nie mogą mu się jednak oprzeć. Wg nich, pachnie jak piekło, ale smakuje jak niebo. Odór owoców duriana jest tak mocny, że stoisko z tymi owocami można ponoć wyczuć z odległości kilkudziesięciu metrów. Obmyślając zastosowanie dla włókien z jego skórki, Malezyjczycy odciążają wysypiska (normalnie skórki tam by trafiły).

      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...