В нашем мире с каждым днем возрастает большое количество людей, которым требуется пересадка того или иного органа. Но не менее большие очереди на донорский орган, к сожалению, не позволяют вовремя провести сложную операцию по замене.
Наука не стоит на месте. И уже на сегодняшний день технология 3D-печати позволяет изготавливать костные импланты. Возможно, совсем скоро случится тот самый ошеломляющий прорыв в области медицины. Больные органы с легкостью начнут заменять на здоровые. 17 пациентов погибают ежедневно, так и не дождавшись пересадки донорского органа. Вы только представьте, сколько жизней будет спасено благодаря новым технологиям!
Биопринтинг - создание живых клеток и тканей с помощью биопечати
Разберемся, что же такое биопринтинг? Биопринтингом называется трехмерная печать биологических материалов. «Чернилами» являются живые клетки, способные сформировать орган или ткань. Вместо «бумаги» используется специальный гель, способный поддерживать жизнеспособность клеток во время их распечатывания. На 3D- биопринтере «напечатать» можно практически любой орган, который впоследствии может стать донорским.
Как работает струйный биопринтер?
Для работы биопринтера нужна совокупность из 3 составляющих.
1.Сам биопринтер. Устройство, позволяющее воссоздавать послойно трехмерные биологические объекты в соответствии с заданными характеристиками.
2.Клеточный материал нашего пациента, который проходит особую обработку и в дальнейшем используется для печати.
3.Материалы природного, синтетического и смешанного происхождения.
Основные этапы работы биопринтера
Работа 3D-принтера состоит из трех основных этапов.
1.Этап «предподготовки». На этом этапе происходит моделирование будущего биологического 3D-объекта, «выращивание» клеточного материала, полученного у пациента, в лабораторных условиях, а также подбор материала под конкретный вид биологической печати. Оператор 3D- принтера задаст необходимые размеры, количество слоев и другие характеристики создаваемого объекта. Оцифровка происходит по результатам КТ или МРТ пациента.
2.Этап «производства». На данном этапе трехмерную структуру заданного объекта получают путем послойного нанесения на подложку биологических материалов и живых клеток. 3D-модель послойно «наращивает» шарообразные группы клеток, в конечном итоге собирая нужный орган или ткань.
3.Этап «пост-принтинга». На этом этапе созданный биологический объект должен «дозреть» в биореакторе. Биореактором является специальный «инкубатор», в котором воссоздается среда, близкая к естественной среде организма. За счет особых веществ созревание происходит быстро. Через пару-тройку недель объект становится готовым к трансплантации.
В России частная медицинская компания INVITRO основала лабораторию биотехнологических исследований «3D Bioprinting Solutions». Открытие состоялось 6 сентября 2013 года.
Напечатанные кости, глаза, кожа
Ученые из Америки около 2 лет назад напечатали ухо, использовав ткани и клетки самой пациентки, и имплантировали его. Женщина 20-ти лет имела врожденное заболевание – микротию (деформация ушной раковины).
На сегодняшний день пациенты, имеющие диагноз микротия, проходят процедуру «сбривания» хряща с грудной клетки. Впоследствии этот хрящ конструируется в ухо.
Поэтому данный случай можно считать прорывом в области тканевой инженерии.
В 2002 году команда ученых из организации «Fripp Design and Research» смогла воссоздать нос для последующей трансплантации пациентке, которой из-за онкологического заболевания этот орган удалили.
В 2011 году впервые была проведена операция по пересадке протеза челюсти (отпечатанного на 3D-принтере). Челюсть заболевшей пациентки была крайне инфицирована, обычное лечение ставило под угрозу ее жизнь. Операция была успешной. Женщина смогла отлично разговаривать и жевать.
В 2014 году ученые из Франции смогли напечатать на 3D – принтере межпозвоночный диск для пациента, страдающего деформацией позвоночника. Это было прорывом в области лечения различных заболеваний спины. Ведь различные повреждения межпозвоночных дисков – частая проблема у большинства населения на нашей планете.
В 2021 году мужчине из Лондона имплантировали протез глаза, также напечатанный на 3D-принтере. Протез выглядит реалистично, напоминая свой собственный глаз. Ранее пациент использовал глазной протез, который приносил массу как физических, так и эстетических неудобств.
В наше время ученые уже научились печатать кости, хрящи и ткани.
Для печати небольшой кости требуется около 2 часов. А это значительно быстрее литья традиционного протеза. Такая процедура может происходить непосредственно в операционной, после чего часть кости покроется стволовыми клетками человека. Конечный объект, в данном случае кость, будет имплантирована в организм. В течение примерно 3-х месяцев произойдет замена на абсолютно новую кость.
На сегодняшний день опыты по 3D-печати человеческого хряща показывают отличные результаты и дают надежду на то, что в недалеком будущем смогут полностью заменить искусственные имплантаты людям.
В 2015 году в Цюрихе ученые разработали технологию, которая позволяет печатать имплантат человеческого носа за 20 минут. По их словам, абсолютно любой хрящевой имплантат может быть изготовлен по их собственной методике.
Когда кожа человека сильно обожжена, врачи берут здоровую кожу из другой части тела. Но что делать, если процент ожогов настолько велик, что неповрежденной кожи для пересадки не хватает?
В Медицинской школе «Wake Forest Baptist Medical Center» был разработан и протестирован принтер, который может вести печать клеток кожи на ожоговой ране. Сканер определяет глубину и размер поражения кожи. В дальнейшем соответствующие показатели отправляются на принтер, и запускается процесс печатания кожи для покрытия ожоговой раны. Оказавшись на теле, клетки кожи активно увеличивают свою численность, после чего рана затягивается.
В настоящее время эта технология находится на экспериментальной стадии. Но в течение следующих пяти лет она должна стать широкодоступной в мире биопечати.
Большим спросом пользуются протезы, напечатанные на 3D-принтере. Специалисты считают, что 3D печать поможет более 30 миллионам человек по всему миру, которые остро нуждаются в поддерживающих устройствах.
Что еще может напечатать 3D-принтер?
Возможности 3D-принтера практически не ограничены. В домашних условиях каждый человек может напечатать пластиковый предмет, который пригодится в хозяйстве. Крючки, игрушки, чехлы для смартфона, органайзеры, карандашницы, полочки в прихожую и ванную комнату, статуэтки, рамки для фотографий. И это совершенно неполный список возможностей 3D- принтера.
В космической промышленности печатают детали для двигателей космических кораблей.
В архитектуре с помощью принтера создают трехмерные изображения моделей будущих объектов, макеты зданий.
Принтеры и еду способны изготавливать. Еда отличается сложной и непростой формой.
Список может продолжаться и далее: одежда, фармацевтика, искусство, музыкальные инструменты, детские игрушки, обувь, автомобилестроение, мебель, ювелирная отрасль, сфера наружной рекламы, строительство и многое другое. Практически в каждой сфере 3D-принтер может стать незаменимым помощником.
Время покажет, насколько полезной и нужной станет эта удивительная техника.
Автор статьи: Елена Барсукова.
Подписывайтесь на мой канал, чтобы видеть новые статьи! А также буду благодарна за лайки и комментарии!