Organe auf Abruf? 3D Drucker könnte Herz, Arterien bauen.
Handelsübliche 3D-Drucker lebende Organe, Hilfe bei der Reparatur des menschlichen Körpers erstellen eines Tages helfen könnte, sagen Forscher.
Wissenschaftler haben eine Möglichkeit, gedruckte 3D-Modelle von verschiedenen anatomischen Strukturen, einschließlich Herz, Gehirn, Arterien und Knochen entwickelt. In Zukunft könnte dieser Prozess verwendet werden, um 3D-gedruckten weiche Implantate zu schaffen, in denen lebendes Gewebe in Form Organe wachsen kann. Eine weitere Anwendung dieser innovativen Technologie Lebensmittel Drucker, erinnert an die Replikatoren auf der TV-Show "Star Trek" zu sehen sein könnte, hinzugefügt die Wissenschaftler.
Ein 3D Drucker ist eine Maschine, die Elemente aus den unterschiedlichsten Materialien erstellt: Kunststoff, Keramik, Glas, Metall und noch mehr ungewöhnliche Zutaten, wie lebende Zellen. Das Gerät funktioniert durch Hinterlegung Materialschichten, genauso wie normale Drucker, Tinte festzulegen, können außer 3D Drucker auch flachen Schichten übereinander, 3D Objekte erstellen festzulegen. [7 coole Anwendungen des 3D-Drucks in der Medizin]
Konventionelle 3D-Drucker fertigen Objekte aus starren Materialien, wobei jede Schicht die darunter liegenden Ebenen eine stabile Grundlage erhalten. Allerdings hat weiche Materialien drucken als schwierig erwiesen, vergleichbar mit Aufbau eines Objekts aus Jell-o.
"Metalle, Keramiken und steife Polymere 3D gedruckt für viele, viele Jahre, aber auch weiche Materialien, diejenigen, die unter ihrem eigenen Gewicht verformen kann, wurden schwieriger, während des Druckprozesses zu unterstützen", sagte Adam Feinberg, einem biomedizinischen Ingenieur an Carnegie Mellon University und senior-Autor der neuen Studie.
Forscher haben 3D Drucker verwendet, um starre medizinische Geräte individuell für den einzelnen Patienten zu erstellen. Diese Geräte sind Hörgeräte, Implantate und prothetische Hände. Könnte jedoch mit 3D-Drucker um weiche Implantate einen Prozeß bekannt als Bioprinting zu erstellen, bieten Alternativen zu traditionellen Transplantationen für die Reparatur oder den Ersatz von geschädigten Organen Feinberg sagte.
"Die Einsatzmöglichkeiten, die wir vorstellen, sind im Bereich des Tissue Engineering – im wesentlichen 3D Drucken Gerüste und Zellen, Gewebe und Organe nachwachsen" Feinberg sagte Leben Wissenschaft.
Die Wissenschaftler entwickelten einen Weg der 3D-Druck weiche Materialien in ein Bad von unterstützenden Flüssigkeit, die Gelatine-Pulver, ähnlich dem Typ enthält, die in einem Supermarkt zu finden.
"Wir drucken ein Gel im Inneren ein weiteres Gel, das erlaubt uns, das weiche Material genau zu positionieren, wie es gedruckten, Schicht für Schicht gerade," sagte Feinberg in einer Erklärung.
Mit medizinischer Bilddaten, die Forscher ihre neue Technik, frische, genannt oder "Freeform Reversible Einbettung von ausgesetzt Hydrogele," vereinfachte, Proof-of-Concept anatomische Strukturen zum Drucken verwendet. Diese wurden von einer Vielzahl von biologischen Materialien, wie z. B. das Kollagen in Sehnen und Bänder gefunden. Die Teststrukturen enthalten einen menschlichen Femur, eine menschliche Koronararterie, ein fünftägiges embryonalen Küken Herz und den externen Falten des menschlichen Gehirns. [5 verrückte Technologien, die Biotechnologie revolutioniert werden]
Die Modelle mit einer Auflösung von ca. 200 μm gedruckt wurden, sagten die Forscher. (Im Vergleich dazu ist das durchschnittliche menschliche Haar etwa 100 µm Breite.)
"Wir profitieren kann wie Kollagen, Fibrin und Alginat, die die Art der Materialien, die der Körper verwendet, um sich und 3D zu bauen, die sie drucken,", sagte Feinberg. "Können wir jetzt aufbauen Tissue-Engineering-Gerüste, die unter Verwendung dieser Materialien in unglaublich komplexe Strukturen, die besser denen der echte Gewebe und Organe im Körper entsprechen." (Fibrin hilft Blutgerinnsel, ausmachen, während Alginat in vielen Algen gefunden wird.)
In dieser neuen Technik Unterstützung Gel um die 3D-Strukturen einfach weggeschmolzen und entfernt durch Erhitzen auf Körpertemperatur. Solche Temperaturen keine empfindliche biologische Moleküle oder lebende Zellen ausgedruckt in der Methode nicht schaden würde, sagte der Wissenschaftler.
Die Forscher darauf hingewiesen, dass sie noch nicht Bioprinted Organe haben. "Diese Arbeit ist ein wichtiger Schritt in diese Richtung von ermöglicht es uns, biologische Materialien zu verwenden, die wir für notwendig halten", sagte Feinberg. "Jahrelanger Forschung sind jedoch immer noch erforderlich."
In der Zukunft sagten die Forscher möchten echte Herzzellen in ihre Arbeit integrieren, sie. 3D-gedruckten Strukturen dienen als Gerüste, in denen die Zellen wachsen und Herzmuskel bilden können.
Bioprinting lebenden Zellen ist ein wachsendes Feld, aber bis jetzt die meisten 3D Bioprinters im Einzelhandel für mehr als $100.000 oder spezialisierten Know-how zu bedienen (oder beides), Begrenzung der Möglichkeiten für die Verbreitung der Technik erforderlich. Jedoch kann diese neue Methode mit Verbraucherebene 3D-Drucker erfolgen, die Kosten weniger als $1.000. Darüber hinaus nutzt Open-Source-Software, die die Forscher sagen, sie einladen zu hacken und zu verbessern.
"Unsere Vision ist, dass andere Forschungsgruppen diese Technologie nehmen und es im großen und ganzen auf andere Gewebe-Engineering und weiche Materialien 3D-Druck Herausforderungen anwenden können", sagte Feinberg.
Die Wissenschaftler ihre Ergebnisse detailliert (Okt. 23) heute online in der Fachzeitschrift Science fördert.
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