تقنيات ثلاثية الأبعاد

عالم الخيال العلمي للأجهزة المطبوعة ثلاثية الأبعاد

عالم الخيال العلمي للأجهزة المطبوعة ثلاثية الأبعاد


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

العودة مرة أخرى مع الطباعة ثلاثية الأبعاد. كما ذكرنا في المقالات السابقة حول التصنيع الإضافي ، ستستمر الطباعة ثلاثية الأبعاد في التأثير تقريبًا على كل صناعة رئيسية في جميع أنحاء العالم بما في ذلك الرعاية الصحية. لقد رأينا بالفعل كيف يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد أن تفيد صناعة الرعاية الصحية مع جائحة فيروس كورونا الأخير.

تقوم شركات الطباعة ثلاثية الأبعاد الرائدة مثل Carbon و Prusa Research و Formlabs بطباعة واقيات الوجه والأقنعة وأدوات المستشفى المهمة لمتخصصي الرعاية الصحية. كان مجتمع الطباعة ثلاثية الأبعاد بشكل عام يعمل بجد لتخفيف الضغط على سلاسل التوريد والحكومات.

تبشر الطباعة ثلاثية الأبعاد بتغيير صناعة الرعاية الصحية من أجل تقديم أشياء أفضل للمرضى مثل الأدوية الأكثر ذكاءً والأطراف الصناعية المخصصة للغاية. ومع ذلك ، مثل شيء من فيلم Dark Man عام 1990 ، قد يصبح من الشائع للأطباء طباعة الأعضاء لعلاج المرضى. في الواقع ، إنه يحدث بالفعل. قام باحثون من مختلف الجامعات الرائدة بطباعة ثلاثية الأبعاد لأعضاء بشرية عاملة رئيسية. حاليًا ، في جميع أنحاء العالم ، وخاصة في الولايات المتحدة ، يعد نقص الأعضاء مصدر قلق صحي متزايد.

يمكن للأعضاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد أن تنقذ حياة الناس

بسبب الطلب الهائل على الأعضاء ، تم تقدير ذلك900,000 يمكن منع الوفيات كل عام باستخدام الأعضاء المهندسة. حاليا ، في الولايات المتحدة ، هناك 113,000 الرجال والنساء والأطفال على قائمة الانتظار الوطنية لزراعة الأعضاء اعتبارًا من يوليو 2019. للأسف ، في المتوسط ​​،20 شخصا يموتون كل يوم في انتظار الزرع ، بينما كل 10 دقائق يضاف شخص جديد إلى قائمة الانتظار. تعد الأجهزة المطبوعة ثلاثية الأبعاد حلاً قابلاً للتطبيق. والأكثر من ذلك ، أن هذه الأعضاء المهندسة تذهب إلى أبعد من فوائدها العملية لأن هذه الأعضاء المصممة حديثًا فعالة للغاية من حيث التكلفة.

على سبيل المثال ، وفقًا لمؤسسة National Foundation for Transplants ، يمكن أن تزيد تكلفة زراعة الكلى في المتوسط ​​عن $300,000، في حين أن الطابعة الحيوية ثلاثية الأبعاد ، الطابعة المستخدمة لإنشاء أعضاء مطبوعة ثلاثية الأبعاد ، يمكن أن تكلف أقل من $10,000 مع توقع انخفاض التكاليف مع تطور التكنولوجيا على مدار العامين المقبلين. المهنيين الطبيين والباحثين متحمسون لعصر الأجهزة المطبوعة ثلاثية الأبعاد.

سنقوم اليوم باستكشاف الآثار المترتبة على الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد والتحديات والفوائد والقضايا المحتملة لهذا المنتج الثوري الجديد. على مدى العامين المقبلين ، من المتوقع أن يزداد الطلب على الطباعة البيولوجية فقط.

الأساسيات: ما هي الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد؟

قد تسمع عملية طباعة الأعضاء ثلاثية الأبعاد الموصوفة بالطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد ، مع تسمية المنتجات النهائية (الأعضاء) بالأعضاء المهندسة. باختصار ، تشبه عملية Bioprinting العديد من عمليات التصنيع المضافة التي تعرفها. ومع ذلك ، في هذه الحالة ، التصنيع الإضافي ، تتضمن العملية الجمع بين الخلايا وعوامل النمو لإنشاء بنية تشبه الأنسجة وفي النهاية أعضاء. فكر في طابعة FDM القياسية الخاصة بك. هناك احتمالات ، لديك واحد على سطح المكتب الخاص بك الآن ، أو رأيت واحدًا قيد التشغيل. العملية متشابهة جدا.

عندما تريد طباعة شيء ما ثلاثي الأبعاد ، فإن أول شيء عليك القيام به هو إنشاء نموذج رقمي ، والذي يتم طباعته بدوره إلى كائن مادي ثلاثي الأبعاد باستخدام اللدائن الحرارية ، طبقة تلو طبقة. يعمل Bioprinting بشكل مشابه ، حيث يقوم الباحثون بإنشاء نموذج للأنسجة التي يريدون إنشاءها متبوعة بعملية الطباعة التي تمثل طبقة الكائن النهائية بطبقة. ومع ذلك ، نظرًا لأن الطابعات تستخدم خلايا معقمة ، فإن دقة الطباعة (ارتفاع الطبقة) وهيكل المصفوفة بحاجة إلى التحضير بشكل صحيح للطباعة.

بتقسيمها بشكل أكبر ، بحيث تشبه إلى حد بعيد طباعة SLA قبل وبعد الإنتاج ، هناك خطوات محددة يتخذها الباحثون لضمان طباعة الأعضاء بشكل صحيح. أولاً وقبل كل شيء ، خلال مرحلة ما قبل الإنتاج ، ينشئ المهنيون الطبيون النموذج الرقمي لطباعتهم باستخدام تقنيات مثل التصوير المقطعي المحوسب ومسح التصوير بالرنين المغناطيسي. يتم بعد ذلك تحضير الطابعات وتعقيمها قبل الطباعة كوسيلة لتحسين صلاحية الخلية.

بعد ذلك ، يتم إرسال النموذج إلى الطابعة. بدلاً من استخدام البلاستيك الحراري ، يستخدم الباحثون bioink لطباعة هياكلهم. حبر Bioink مقذوف طبقة تلو طبقة بمتوسط ​​سمك يبلغ حوالي 0.5 مم أو أقل. ومع ذلك ، تمامًا مثل الفتيل ، يتم وضع الرابط الحيوي في خرطوشة طابعة ويتم استخدامه لإنشاء نموذج مادي ثلاثي الأبعاد. أخيرًا ، خلال مرحلة ما بعد الإنتاج ، بعد اكتمال الطباعة ، يقوم الباحثون بتحفيز الجزء ميكانيكيًا وكيميائيًا لضمان إنشاء هياكل مستقرة. عادة ما تساعد الأشعة فوق البنفسجية أو المواد الكيميائية المحددة أو حتى الحرارة أحيانًا في عملية تصلب العضو.

Bioink هو "الخيط" المستخدم في الطابعات الحيوية

كما هو مذكور أعلاه ، يتم استخدام Bioink لإنشاء أنسجة اصطناعية تم تصميمها أثناء عملية الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد. العديد من الخصائص المختلفة تجعل Bioink مثالية بشكل فريد للمهمة الدقيقة في متناول اليد. عند إجراء مزيد من الفحص ، ستدرك أن هذا الرابط الحيوي يتكون من خلايا ومادة حاملة ، والتي عادة ما تكون هلام البوليمر الحيوي.

على الرغم من أنه يمكن تصنيع الأحماض الحيوية بالكامل من الخلايا ، إلا أن جل البوليمر الحيوي هذا ضروري لتثبيت الخلايا في مكانها ، مما يسمح لها بالنمو والانتشار وحتى التكاثر ، مما يحمي الخلايا أثناء عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد. بدون هذا البوليمر الحيوي ، ستكون عملية طباعة الأنسجة ثلاثية الأبعاد أكثر صعوبة.

عند الطباعة باستخدام طابعة FDM ، يتم تسخين الفوهة المستخدمة في عملية الطباعة إلى درجات حرارة عالية لصهر البلاستيك وإنشاء الجزء المقصود. عند استخدام الطابعة الحيوية ثلاثية الأبعاد ، فإن العملية هي نفسها وتسلط الضوء مرة أخرى على أهمية البوليمر. أثناء مرور bioink عبر فوهة الطابعة ، يجب ألا "تطهي" الحرارة الخلية.

يمنع هلام البوليمر الحيوي الخلايا من السخونة الشديدة أثناء عملية الطباعة. أكثر من ذلك خلال هذه العملية نفسها ، تساعد خصائص اللزوجة المرنة للهلام في منع تلف الخلايا أثناء عملية البثق من الفوهة أثناء الطباعة.

الآن ، إذا كنت تتساءل ما الذي قد تجده أيضًا في الحساء الخلوي المصغر من bioinks ، فأنت اليوم محظوظ. كما ذكر الفريق في All3DP ، "... تعتمد bioinks على مزيج من عدة بوليمرات لتحقيق نوع من الأرضية الوسطى حيث يتم احترام القيود الكيميائية والفيزيائية والبيولوجية." عادة ، قد تحتوي Bioink على أي شيء من حمض الهيالورونيك إلى الكولاجين والألجينات والسليلوز وحتى الحرير.

هل قام الناس بطباعة الأعضاء ثلاثية الأبعاد حتى الآن؟

الجواب القصير ، نعم. في عام 2017 ، قام فريق من المهندسين من جامعة بوهانج للعلوم والتكنولوجيا بتطوير وطباعة ثلاثية الأبعاد لما أطلقوا عليه اسم "الأوعية الدموية الحيوية" من خلال استخدام مواد من جسم الإنسان كنموذج لهذه العملية. تعمل الأوعية الدموية بشكل جميل دون أي مشاكل على الإطلاق. بينما طور باحثون من جامعة هارفارد ، قبل عام واحد فقط نوعًا جديدًا من الوصلات الحيوية خصيصًا للكلى ، مما يسمح لفريق الباحثين بإنشاء أجزاء وظيفية مهمة في الكلى.

في حين أن فريقًا من شركة Organovo الناشئة للطباعة الحيوية ، في سان دييغو ، قد مضى بالفعل لإثبات أنه يمكنه طباعة بقع الكبد البشرية وزرعها في الفئران. ومع ذلك ، فإن أهداف فريق Organovo لا تتوقف عند هذا الحد. كما هو مذكور على موقع الويب الخاص بهم ، "نحن رواد في مجموعة فريدة من القدرات العلاجية وتنميط الأدوية استنادًا إلى قدرتنا الثورية على أنسجة الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد SD التي تحاكي الجوانب الرئيسية لبيولوجيا الإنسان والمرض. نحن نسعى جاهدين لتغيير وجه الطب من خلال التطوير الإكلينيكي لعلاجات الطب التجديدي لعلاج الأمراض ومن خلال تمكين اكتشاف الأدوية متعدية. "

يمكن أن تبدأ التجارب البشرية لعمليات زرع الكبد في وقت مبكر من هذا العام. لم تعد فكرة الطباعة الحيوية للأعضاء البشرية فكرة بعيدة عن الخيال العلمي. قام باحثون من الشركات الخاصة والجامعات الرائدة بطباعة آذان ورئتين وحتى قلب.

تقنية Bioprinting بعيدة كل البعد عن الكمال

نعم ، كانت هناك العديد من الجهود الناجحة في إنشاء الأنسجة والأعضاء المهندسة. ومع ذلك ، لا يزال أمام التكنولوجيا طرق لتقطعها قبل أن يتم تكييفها بالكامل في المستشفيات القريبة منك. هناك بعض العقبات الواضحة التي يتعين علينا التغلب عليها.

أولاً ، يجب أن تصبح الطباعة الحيوية أسرع وأن تكون قادرة على إنتاج الأنسجة بدقة أعلى. إن القدرة على طباعة عضو ثلاثي الأبعاد في غضون ساعات أو دقائق يمكن أن تجعل الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد أكثر جاذبية من الناحية التجارية. بينما تسمح الدقة الأعلى بتفاعل وتحكم أفضل في البيئة المكروية ثلاثية الأبعاد.

ثانيًا ، نحن بحاجة إلى المزيد من المواد الحيوية. في الوقت الحالي ، يشبه الأمر الطباعة باستخدام خيوط قليلة فقط. تمامًا كما هو الحال مع طابعة FDM أو حتى SLA ، يمكنك استخدام مواد طباعة مختلفة لمعالجة مهام مختلفة.

الشيء نفسه ينطبق على عالم bioink وأنواع معقدة ومختلفة من علاجات الأنسجة الطبية التي قد يحتاجها البشر. ومع ذلك ، فإن التكنولوجيا مثيرة وكما ذكرنا أعلاه ، يمكن أن تنقذ ملايين الأرواح قريبًا. يمكن للمنافسة المتزايدة في القطاع الخاص أن تساعد في إنتاج الابتكار السريع اللازم لجعل الطباعة ثلاثية الأبعاد قابلة للتطبيق.

ما رأيك في عالم الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد؟ هل ستحدث هذه التكنولوجيا ثورة في صناعة الرعاية الصحية؟


شاهد الفيديو: تطوير طابعة ثلاثية الأبعاد لطباعة الأوعية الدموية - science (يوليو 2022).


تعليقات:

  1. Faeshicage

    أعتقد أن الأخطاء قد ارتكبت. أنا قادر على إثبات ذلك. اكتب لي في PM ، وتحدث.

  2. Nikosar

    بشكل ملحوظ ، معلومات مضحكة للغاية

  3. Mozahn

    هذا الفكر الجيد يجب أن يكون عمدا

  4. Kyrksen

    برافو ، يا لها من عبارة ... ، الفكر المثير للإعجاب



اكتب رسالة