Bio-tlačiarne vyfúkli živé opravy na zlomené trhliny


Pre lekárov a lekárskych výskumníkov, ktorí opravia ľudské telo, sa 3D tlačiareň stala takmer cennou ako röntgenový prístroj, mikroskop alebo ostrý skalpel. Bioengineeri používajú 3D tlačiarne na vytvorenie odolnejších kĺbov bedrového a kolenného kĺbu, protetických končatín a nedávno na výrobu živého tkaniva pripevneného k lešeniu tlačeného materiálu.

Výskumníci tvrdia, že bio-potlačené tkanivo sa môže použiť na testovanie účinkov liečby liekom, napríklad s prípadným cieľom vytlačiť celé orgány, ktoré môžu byť pestované a potom transplantované do pacienta. Posledný krok smerom k 3D tlačenej výmene neúspešných ľudských častí pochádza z tímu na Kalifornskej univerzite v San Diegu. Má bio-vytlačený úsek miechy, ktorý môže byť prispôsobený na zranenie pacienta.

UCSD Jacobs škola inžinierstva

Vedci najskôr vytlačili malé implantáty vyrobené z mäkkej želatíny a naplnili ich nervovými kmeňovými bunkami a opäť pomocou tlačiarne. Implantáty sa potom chirurgicky umiestnili do malej medzery v mieche potkana. V priebehu času sa nové nervové bunky a axóny rozrástli a vytvorili nové spojenia cez rozrezanú miechu zvieraťa. Tieto nervové bunky sú spojené nielen navzájom, ale s tkanivom miechy hostiteľa a obehovými systémami pacienta, čo pomáha zabezpečiť ich prežitie v tele. Precízna 3D tlač umožňovala softgel a bunkovej matrici presne zapadnúť do rany.

Tím UCSD, vedený Shaochen Chenom, profesorom nanoengineeringu a neurologom Markom Tuszinským, zverejnil svoje zistenia dnes v časopise Prírodná medicína, Väčšina prác na 3D bio-tlači sa robí v kultivačných nádobách, ale tento experiment bol jedinečný v tom, že tím to dokázal urobiť u laboratórnych potkanov a pretože laboratórne bunky potom úspešne preklenuli medzeru rezu miechy a čiastočne obnovený pohyb do zadných štvrtí zvieraťa.

"Mohli preorientovať bunky, ktoré vytvárajú jazvnaté tkanivo a vytvárajú nové spojenia," hovorí Christine Schmidtová, profesorka biomedicínskeho inžinierstva na univerzite na Floride, ktorá nebola spojená s týmto novým výskumom. "Toto bolo vždy obrovskou výzvou v tejto oblasti. To je naozaj nové. "

Bio-tlačiarne používajú počítačom riadenú pipetu na vrstvu živých buniek, označovaných ako bio-atrament, navzájom nad sebou na vytvorenie umelého živého tkaniva v laboratóriu. Väčšina bioprepisov môže tlačiť až na 200 mikrónov, ale táto skupina vyvinula metódu na výrobu tkaniva až na 1 mikrón, hovorí Chen. Toto vyššie rozlíšenie znamenalo, že boli schopní presnejšie rekonštruovať zmes šedej a bielej hmoty, ktorá tvorí miechu.

Tím tiež dokázal napodobniť štruktúru skutočnej miechy, ktorá má šedú hmotu uprostred a ochranný biely obal myelínových nervových buniek okolo nej. Dúfam, že výsledkom bude, že implantát dokáže bez problémov nahradiť poškodenú časť chrbtice človeka, niečo, čo doposiaľ nebolo možné. "To je krása našej 3D tlače," hovorí Chen. "Môžem napodobniť štruktúru, iní ľudia by nemohli robiť to isté."

Ale Chen a jeho tím má niekoľko prekážok, aby sa jasne, než ľudia s poraneniami miechy môžu opäť chodiť. Po prvé, väčšina takýchto zranení je dôsledkom rozdrveného, ​​skôr narezaného alebo úplne oddeleného tkaniva miechy. V tejto štúdii boli tŕne zvierat zrezané. Keďže zranenia v reálnom svete zvyčajne nevytvárajú čistú prestávku, nebude jednoduché jednoducho zasunúť nový segment do chrbtice človeka. Po druhé, technika musí byť testovaná na primátoch pred vstupom do klinických štúdií u ľudí. Medzitým Chen a jeho kolegovia majú iné nápady na biopreprodukčné tkanivo a vytvárajú mini-orgány na testovanie účinkov rôznych liečebných postupov. V posledných dvoch rokoch tím vytvoril aj bio-tlačený pečeň a srdcové tkanivo.

Do akej miery by mohla byť tlačená bio-tlač? V minulom roku Bioengineers na Wake Forest Institute for Regenerative Medicine vytvorili prvý 3D tlačený mozog "organoid", ktorý obsahuje všetky šesť druhov bunkových typov, ktoré sa nachádzajú v normálnej ľudskej anatómii. Samozrejme, že to nie je nikde blízko skutočného myslenia myslenia. Florida Schmidt hovorí, že môže trvať aj niekoľko desaťročí tak inžinierstva a vedy o mozgu.

"Práve teraz môžu vytlačiť materiály, ktoré napodobňujú štruktúru mozgu a pridávajú biochemické znamenia a extracelulárne matricové molekuly," hovorí Schmidt. "Ale stále existuje toľko, o čom nie je známe, ako funguje mozog." Bio-tlač nový mozog znie ako čistá myšlienka, snáď je to ťažšie, čo je programovanie.


Ďalšie skvelé príbehy WIRED