3D-Druck zielt darauf ab, die Organe auf Anfrage liefern
Sterbenden Patienten könnte eines Tages eine 3D-gedruckten Organ aus eigenen Zellen, anstatt zu warten auf lange Listen für die Mangelware von Organtransplantationen gemacht erhalten. Wie ein futuristischer Traum bleibt weit von der Realität, sondern Universität Labs und Privatunternehmen haben bereits die ersten Schritte vorsichtig mit 3D-Druck Technologie, um kleine Stücke von Organen zu bauen.
Regenerativer Medizin hat bereits Labor-grown Haut, Tracheas und Blase in Patienten implantiert – Körperteile langsam durch eine Kombination von künstliche Gerüste und lebenden menschlichen Zellen gewachsen. 3D-Druck Technologie bietet im Vergleich dazu, höhere Geschwindigkeit und computergesteuerte Präzision in lebenden Zellen schichtweise Ersatz Haut, Körperteile und vielleicht schließlich Organe wie Herz, Leber und Nieren zu drucken.
"Bioprinting Organe für die menschliche Nutzung nicht jederzeit bald passieren", sagte Tony Atala, Direktor des Instituts Wake Forest für Regenerationsmedizin in Winston-Salem, NC "aber für Gewebe haben wir bereits bei Patienten implantiert – Strukturen haben wir von hand gefertigt – wir jetzt gehen wir zurück zu den Geweben und sagen:"Wir wissen, können wir besser mit 3D-Druck."" [7 coole Anwendungen des 3D-Drucks in der Medizin]
Von der Haut zu Herzen
Die Schwierigkeit der Orgelbau mit 3D-Druck in vier Ebenen der Komplexität fällt, sagte Atala. Flache Strukturen mit meist eine Art von Zelle, wie die menschliche Haut, stellen die einfachste Organe zu machen. Zweite, röhrenförmige Strukturen mit zwei großen Zelltypen, wie Blutgefäße, stellen eine größere Herausforderung.
Eine dritte Ebene der Komplexität entsteht in Hohlorgane wie Magen oder Blase, jeweils mit komplizierteren Funktionen und Interaktionen mit anderen Organen. Schließlich enthält die vierte Ebene der Komplexität Organe wie Herz, Leber und Nieren – das ultimative Ziel für Bioprinting Pioniere.
"Mit Bioprinting, wir nähern uns es die gleiche Weise wie wir mit anderen Organen" Atala sagte LiveScience. "Wir gehen zuerst nach flachen Strukturen wie Haut, röhrenförmige Strukturen wie Blutgefäße weiter, und dann hohl, nontubular Organe wie Blase."
Regenerativer Medizin hat bereits bewiesen, dass es in Patienten Labor-grown Versionen der ersten drei Arten von Organen einnisten kann. Atala und andere Forscher hoffen, dass 3D-Druck Effizienz kann scale-up der Herstellung solcher Organe für einen breiten Einsatz, sowie helfen, Herz, Leber und Nieren geeignet für die Implantation bei Patienten zu machen.
Gewusst wie: Drucken Sie ein organ
Atala Gruppe baute zuvor Labor-grown Organe durch die Schaffung künstlicher Gerüste in der Form des gewünschten Organs und säen das Gerüst mit lebenden Zellen. Die Technik verwendet, um künstliche Blase zuerst in 1999 bei Patienten implantiert zu wachsen, sondern im letzten Jahrzehnt bauen 3D Drucker, die einen künstlichen Gerüst und lebenden Zellen gleichzeitig drucken können – ein Prozess, bei flüssigen "kleben", die in der Konsistenz der gummiartige Bonbons verhärtet, wie es trocknet aus.
Anderen Labors denke, dass sie die künstliche Gerüste umgehen können, durch die Nutzung von lebenden Zellen Tendenzen zu selbst zu organisieren. Das vermeidet die Herausforderung Gerüst-Material, das kann schließlich ohne Auswirkungen auf die lebenden Zellen auflösen, aber lässt die Ausgangsstruktur von lebenden Zellen in einer heiklen Position ohne das tragende Gerüst zu wählen.
"Wenn Sie tun, was wir tun, mit dem Zellen an der richtigen Stelle zu setzen, Sie mit etwas strukturelle Dinge halten, beginnen nicht", sagte Keith Murphy, Vorsitzender und CEO von Organovo, ein Startup-Unternehmen mit Sitz in San Diego. "Für uns ist die Herausforderung, die Stärke und Integrität der Struktur."
Organovo Wissenschaftler haben experimentiert mit dem Bau von winziger Scheiben Leber indem Sie zuerst erstellen "Building Blocks" mit den notwendigen Zellen. Die Firma 3D-Drucker können dann die Bausteine in Schichten situieren, die die lebenden Zellen wachsen zusammen.
Stammzellen aus Fett oder Knochenmark des Patienten sagte kann der 3D-Druck Material zur Herstellung von ein Organ, das der Körper ablehnen wird nicht, Murphy. Seine Firma arbeitete mit Stuart Williams, executive und wissenschaftlicher Direktor des Instituts für Herz-Kreislauf-Innovation in Louisville, Kentucky, auf die Gewinnung von Stammzellen aus Fett.
Die kleinsten Herausforderungen
Die Fähigkeit, Full-Size-funktionierende Organe zu drucken, hängt davon ab, herauszufinden, wie man 3D-gedruckten Organe mit großen und kleinen Blutgefäßen seed, die nährstoffreiche Blut um lebendes Gewebe gesund versorgen können. Bisher ist kein Labor gelungen, 3D-Druck Organe mit dem Netz von Blutgefäßen notwendig, sie zu erhalten. [Fotos: Drucken von winzigen Organe für "Body on a Chip"]
Organovo hat begonnen Arbeiten auf dieses Ziel durch das Experimentieren mit 3D-Druck Blutgefäße 1 Millimeter oder größer in der Breite. Das Unternehmen baute auch Geweben mit winzigen Blutgefäßen über 50 µm oder kleiner (1 Millimeter entspricht 1.000 µm) – genug, um einen Millimeter dicken Klumpen des Organs aufrecht zu erhalten.
Sogar die besten 3D Drucker bleiben beschränkt, wenn Sie auf den kleinsten Skalen des Gebäudes, Blutgefäße und Organe arbeiten. Aber Williams, Leiter der Herz-Kreislauf-Innovation Institute Bemühungen um ein 3D-gedruckten Herz förderlich Organovo stimmte zu, dass die Lösung besteht darin, die Nutzung der Selbstorganisation Tendenzen der lebenden Zellen.
"Drucken wir Dinge in der Größenordnung von 10 µm, oder eher wie Hunderte von Mikron, und dann werden Zellen ihre biologische Entwicklungsstörung Reaktion unterziehen, um selbst richtig zu organisieren", sagte Williams. "Drucken wird nur halbem Weg zu uns."
Darüber hinaus Orgel Implantate
Bioprinting Pioniere wollen im Moment sogar die kleinsten 3D-gedruckten Organe nutzen. Atala Labor vor kurzem finanziell U.S. Department of Defense für ein gemeinschaftliches Projekt abzielen, kleine Herzen, Lebern und Nieren bilden einen angeschlossenen "Body on a Chip" Drucken – ideal zum Testen von möglichen Drogen und die Auswirkungen von Krankheiten oder chemische Kampfstoffe auf den menschlichen Körper.
Organovo hat bereits begonnen ein 3D-gedruckten Leber Modell für die Prüfung der Sicherheit und Wirksamkeit von Medikamenten zu entwickeln. Das Startup-Unternehmen schafft auch krebsartige Versionen des Lebens Gewebemodelle Krebsmedikamente zu Testzwecken.
Die Bioprinting Revolution schließlich beginnen konnte, "Gewebe on-Demand" innerhalb der nächsten 10-15 Jahre zu liefern, sagte Murphy. Nicht die wildesten Orgel Implantation Träume erfüllen kann, aber für viele Patienten kann es beweisen, lebensverändernde genug.
"Sie sehen eine Herz-Muskel-Patch, ein Blutgefäß für Bypass oder ein Nerven-Transplantat, eine Lücke in einem Nerv,", sagte Murphy.
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