การพิมพ์อวัยวะ ส่วนประกอบเครื่องพิมพ์ชีวภาพและขั้นตอนการพิมพ์อวัยวะ

การพิมพ์อวัยวะ ส่วนประกอบของเครื่องพิมพ์ชีวภาพ เมื่อนักวิจัยสร้างเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่สามารถเติมหมึกชีวภาพ และสร้างมวลเซลล์ที่มีชีวิตได้ พวกเขาเฉลิมฉลองความสำเร็จครั้งสำคัญ การพิมพ์อวัยวะ จากนั้นพวกเขาก็เริ่มจัดการกับปัญหาใหญ่ถัดไปทันที การพิมพ์ทางชีวภาพจะสร้างอวัยวะให้กับบุคคลใดบุคคลหนึ่งได้อย่างไร เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ ทีมแพทย์จำเป็นต้องรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับอวัยวะที่เป็นปัญหา ซึ่งก็คือขนาด รูปร่างและการจัดวางในร่างกายของผู้ป่วย

จากนั้นสมาชิกในทีมจำเป็นต้องปรุงไบโออิงค์ โดยใช้เซลล์ที่นำมาจากผู้ป่วย เพื่อให้แน่ใจว่าอวัยวะที่พิมพ์ออกมาจะเข้ากันได้ทางพันธุกรรม และจะไม่ถูกปฏิเสธเมื่อมีการปลูกถ่ายในร่างกายของผู้ป่วย สำหรับอวัยวะทั่วไป เช่น กระเพาะปัสสาวะ นักวิจัยไม่ได้พิมพ์เนื้อเยื่อที่มีชีวิตโดยตรง แต่จะพิมพ์นั่งร้าน 3 มิติที่ทำจากโพลิเมอร์หรือคอลลาเจนที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพแทน เพื่อกำหนดรูปร่างที่แน่นอน พวกเขาสร้างแบบจำลอง 3 มิติโดยใช้ซอฟต์แวร์การออกแบบ

โดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย CAD ก่อน พวกเขามักจะกำหนดพิกัด x,y และ z ที่แน่นอนของแบบจำลองโดยการสแกนผู้ป่วย โดยใช้เทคโนโลยีเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ CT หรือการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก MRI ต่อไปนักวิจัยจะได้เซลล์ที่ต้องการโดยการตรวจชิ้นเนื้อกระเพาะปัสสาวะของผู้ป่วย จากนั้นพวกเขาจะวางตัวอย่างเซลล์ในวัฒนธรรม ที่ซึ่งพวกมันจะเพิ่มจำนวนขึ้นเป็นจำนวนประชากร ที่ใหญ่พอที่จะครอบคลุมโครงร่าง

ซึ่งเป็นสารตั้งต้นชั่วคราวสำหรับเซลล์ที่จะยึดเกาะ ในขณะที่พวกมันจัดระเบียบและเสริมสร้างความแข็งแกร่ง การวางฐานรากต้องใช้ปิเปตด้วยมือที่ใช้เวลานาน โดยทั่วไปจะใช้เวลาประมาณ 8 สัปดาห์ก่อนที่กระเพาะปัสสาวะเทียมดังกล่าว จะพร้อมสำหรับการปลูกถ่าย เมื่อแพทย์วางอวัยวะลงในผู้ป่วยในที่สุด โครงอาจหายไปหรือหายไปทันทีหลังการผ่าตัด ขั้นตอนข้างต้นใช้ได้ผลเนื่องจากเนื้อเยื่อของกระเพาะปัสสาวะมีเซลล์เพียง 2 ประเภทเท่านั้น

อวัยวะต่างๆ เช่น ไตและตับมีโครงสร้างที่ซับซ้อนกว่ามาก และมีเซลล์หลากหลายประเภทมากกว่า แม้ว่าการพิมพ์จะง่ายพอแต่แทบจะเป็นไปไม่ได้เลย ที่จะสร้างโครงสร้างสามมิติของเนื้อเยื่อขึ้นใหม่ด้วยตนเอง อย่างไรก็ตาม เครื่องพิมพ์ชีวภาพมีความเหมาะสมเป็นอย่างยิ่ง ในการทำงานที่เน้นรายละเอียดและใช้เวลานาน คือขั้นตอนในการพิมพ์อวัยวะที่ซับซ้อน ขั้นแรก แพทย์จะทำการ สแกน CT หรือ MRI ของอวัยวะที่ต้องการ จากนั้นพวกเขาโหลดภาพลงในคอมพิวเตอร์

รวมถึงสร้างพิมพ์เขียว 3 มิติของโครงสร้างโดยใช้ซอฟต์แวร์ CAD เมื่อรวมข้อมูล 3 มิตินี้เข้ากับข้อมูลทางเนื้อเยื่อที่รวบรวมจากการวิเคราะห์เนื้อเยื่อ ด้วยกล้องจุลทรรศน์เป็นเวลาหลายปี นักวิทยาศาสตร์จะสร้างแบบจำลองอวัยวะของผู้ป่วยแบบชิ้นต่อชิ้น ชิ้นส่วนแต่ละชิ้นสะท้อนให้เห็นได้อย่างแม่นยำ ว่าเซลล์ที่ไม่ซ้ำกันและเมทริกซ์ของเซลล์ที่อยู่รอบๆ เข้ากันได้อย่างไรในพื้นที่สามมิติ หลังจากนั้นก็กดปุ่มไฟล์และพิมพ์ ซึ่งจะส่งข้อมูลการสร้างแบบจำลองไปยังไบโอพรินเตอร์

เครื่องพิมพ์จะส่งออกอวัยวะทีละชั้น โดยใช้ไบโออิงค์และเจล เพื่อสร้างเนื้อเยื่อหลายเซลล์ที่ซับซ้อนและยึดให้อยู่กับที่ ในที่สุดนักวิทยาศาสตร์ก็นำอวัยวะออกจากเครื่องพิมพ์และวางไว้ในตู้ฟักไข่ ซึ่งเซลล์ในไบโออิงค์จะได้ใช้เวลาอันอบอุ่น และเงียบสงบเพื่อเริ่มใช้ชีวิตและทำงานร่วมกัน ตัวอย่างเช่น เซลล์ตับจำเป็นต้องสร้างสิ่งที่นักชีววิทยาเรียกว่ารอยต่อแน่น ซึ่งอธิบายว่าเยื่อหุ้มเซลล์ของเซลล์หนึ่ง หลอมรวมเข้ากับเยื่อหุ้มเซลล์ของเซลล์ข้างเคียงได้อย่างไร

เวลาในตู้ฟักไข่คุ้มค่าจริงๆไม่กี่ชั่วโมงในความอบอุ่นจะเปลี่ยน ไบโออิงค์เป็นเนื้อเยื่อที่มีชีวิตซึ่งสามารถทำหน้าที่ของตับ และมีชีวิตรอดในห้องทดลองได้นานถึง 40 วัน ขั้นตอนสุดท้ายของกระบวนการนี้ การทำให้เซลล์อวัยวะที่พิมพ์ออกมามีพฤติกรรมเหมือนเซลล์ดั้งเดิม เป็นสิ่งที่ท้าทาย นักวิทยาศาสตร์บางคนแนะนำให้ทำการพิมพ์ทางชีวภาพด้วยสเต็มเซลล์ของผู้ป่วย หลังจากวางลงในพื้นที่ 3 มิติที่จำเป็นแล้ว พวกมันก็จะแยกความแตกต่างออกเป็นเซลล์ที่โตเต็มที่

พร้อมคำแนะนำทั้งหมดเกี่ยวกับวิธีการประพฤติตน แน่นอนว่ามีปัญหาในการส่งเลือดไปยังเซลล์ทั้งหมดในอวัยวะที่พิมพ์ออกมา ปัจจุบันการพิมพ์ทางชีวภาพไม่ได้ให้ความละเอียดเพียงพอ ที่จะสร้างเส้นเลือดฝอยขนาดเล็กที่มีเซลล์เดียวหนา แต่นักวิทยาศาสตร์ได้พิมพ์หลอดเลือดขนาดใหญ่ขึ้น และเมื่อเทคโนโลยีดีขึ้น ขั้นตอนต่อไปคืออวัยวะทดแทนที่ทำงานได้อย่างสมบูรณ์ พร้อมการสร้างหลอดเลือดที่จำเป็นต่อการมีชีวิตและสุขภาพที่ดีใช้สำหรับอวัยวะ 3 มิติ

ในขณะที่เผยแพร่ศัลยแพทย์ไม่ได้ฝังอวัยวะที่พิมพ์ จากศูนย์เข้าไปในตัวมนุษย์ ไม่ได้หมายความว่ายังไม่ประสบความสำเร็จ การเปลี่ยนชิ้นส่วนของโครงกระดูกเป็นพื้นที่หนึ่ง ที่ถูกปฏิวัติโดยการพิมพ์ 3 มิติ ปัจจุบัน ทันตแพทย์บางคนทำ การสแกนฟันของผู้ป่วยในช่องปาก และส่งการสแกนไปยังห้องปฏิบัติการที่สร้าง สะพานฟันด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ผู้ผลิตอวัยวะเทียมได้เปลี่ยนแนวทางการออกแบบแขนขาเทียม ปัจจุบันหลายๆคนสามารถพิมพ์แฟริ่ง

ซึ่งเป็นส่วนหุ้มขาเทียมได้ ซึ่งหล่อหลอมให้เข้ากับกายวิภาคของบุคคลได้อย่างสมบูรณ์แบบ ทำให้ผู้สวมใส่สวมใส่สบายขึ้น สิ่งเหล่านี้เป็นเพียงบทนำสู่สิ่งที่จะเกิดขึ้นในอนาคต การพิมพ์กระดูกทั้งหมดเพื่อจัดวางในร่างกาย นักวิทยาศาสตร์ยังประสบความสำเร็จในการพิมพ์โครงสร้างกระดูกอ่อน เช่น หูและหลอดลม ในการสร้างวิศวกรชีวภาพทำการ สแกนหูของผู้ป่วยแบบ 3 มิติ ออกแบบแม่พิมพ์โดยใช้ซอฟต์แวร์ CAD แล้วพิมพ์ออกมาจากนั้นพวกเขาจะฉีดแม่พิมพ์

ด้วยเซลล์กระดูกอ่อนและคอลลาเจน หลังจากใช้เวลาอยู่ในตู้ฟักไข่ หูก็ออกมาพร้อมที่จะแนบกับผู้ป่วย หลอดลมสามารถทำในลักษณะเดียวกัน ในปี 2012 แพทย์ที่มหาวิทยาลัยมิชิแกนพิมพ์ปลอกแขน ซึ่งทำจากแบบจำลอง 3 มิติที่สร้างขึ้นจากการสแกน CT เพื่อห่อหุ้มและรองรับหลอดลมของทารก ซึ่งอ่อนแอและหลุดลอกจากข้อบกพร่องที่หายาก แน่นอนว่าจอกศักดิ์สิทธิ์เป็นอวัยวะที่พิมพ์ด้วยชีวภาพและผิวหนังซึ่งเป็นอวัยวะที่ใหญ่ที่สุดของร่างกาย

อาจเป็นรายการแรกในรายการ นักวิจัยจากสถาบันเวคฟอเรสต์เพื่อการแพทย์ฟื้นฟู ได้พัฒนาระบบการพิมพ์การปลูกถ่ายผิวหนังที่สมบูรณ์แล้ว ระบบประกอบด้วยเครื่องสแกน เพื่อทำแผนที่บาดแผลของผู้ป่วยและเครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ต ที่สร้างขึ้นตามวัตถุประสงค์ซึ่งวางเซลล์ โปรตีนและเอนไซม์ที่จำเป็นต่อการสร้างผิวหนังมนุษย์ เป้าหมายคือการสร้างเครื่องพิมพ์พกพา สำหรับใช้ในโรงพยาบาลสนาม ซึ่งแพทย์สามารถส่งออกผิวหนังไปยังผู้ป่วยได้โดยตรง

นานาสาระ: การสั่งยา การให้ความรู้เกี่ยวกับค่าใช้จ่ายในการสั่งยาและโปรแกรมผู้ผลิต