Mill-Istampar 3D Sa l-Istampar tal-Organi 3D, Kemm Huwa l-Bniedem Mill-Ħajja tal-Istampar?

Mis-snin tmenin sal-lum, l-istampar 3D mar triq twila. L-istampar bijoloġiku 3D, bħala fergħa importanti tal-istampar 3D, għamel progress kbir minn meta ġie propost madwar l-2000.

Naturalment, l-istampar bijoloġiku 3D għandu wkoll ħafna livelli, inklużi strutturi ta 'manifattura mingħajr rekwiżiti ta' bijokompatibilità, bħal stampar 3D ta 'prodotti għall-ippjanar tal-mogħdija kirurġika, li huma użati ħafna fil-preżent, li jimmanifatturaw prodotti mhux degradabbli b'rekwiżiti ta' bijokompatibilità, bħal ġonot ta 'liga tat-titanju, proteżi tas-silikonju għat-tiswija tad-difetti, u l-manifattura ta 'prodotti degradabbli b'rekwiżiti ta' bijokompatibilità, bħal għadam attiv taċ-ċeramika u stents vaskulari degradabbli, Iżda l-aktar importanti u l-aktar imħassba huwa l-istampar 3D ta 'organi li jimmanipulaw ċelloli ħajjin biex jibnu tessuti bijonika tridimensjonali.

Minħabba x-xewqa tal-bniedem għall-estensjoni tal-ħajja, jista 'jingħad li l-istampar tal-organi ilu ħolma tal-umanità għal eluf ta' snin, u l-ħajja tal-istampar hija x-xewqa aħħarija tal-umanità. Issa, in-nies qed jippruvaw jgħaġġlu lejn ix-xewqa aħħarija tal-umanità.

Għaliex għandi bżonn l-istampar tal-organi 3D?

Ir-realizzazzjoni tal-istampar 3D bijoloġiku hija relatata mill-qrib mal-inġinerija tat-tessuti u l-mediċina riġenerattiva. Ir-riġenerazzjoni tat-tessuti hija t-tmiem, filwaqt li l-inġinerija tat-tessuti hija l-mezz.

Fost dawn, il-kunċett tal-inġinerija tat-tessuti ġie propost minn Feng Yuanzhen, xjenzat Amerikan Ċiniż, u ġie ddeterminat mill-Fondazzjoni Nazzjonali tax-Xjenza tal-Istati Uniti fl-1987. L-inġinerija tat-tessuti tirreferi għad-depożitu ta 'ċelloli fuq scaffolds bijoloġiċi biex jiffurmaw kumplessi ta' materjal taċ-ċelluli, u imbagħad impjantar scaffolds li fihom iċ-ċelluli fil-ġisem biex jinduċu l-formazzjoni ta 'tessuti jew organi korrispondenti billi tuża l-ambjent in-vivo, sabiex tinkiseb tiswija tal-feriti u rikostruzzjoni funzjonali. Il-metodu konvenzjonali ta 'inġinerija tat-tessuti huwa li tissepara l-fabbrikazzjoni ta' scaffolds mill-adeżjoni taċ-ċelluli, iżda huwa diffiċli li tinkiseb id-depożizzjoni ta 'tipi u densitajiet differenti ta' ċelloli f'pożizzjonijiet differenti ta 'scaffolds. L-istampar bijoloġiku 3D jista 'jirrealizza manipulazzjoni direzzjonali spazjali b'ħafna ċelloli u depożizzjoni kontrollabbli ta' densitajiet ta 'ċelluli differenti, li biss issolvi d-diffikultajiet attwali li jiffaċċjaw l-inġinerija tat-tessuti.

Għal żmien twil, il-manifattura ta 'tessuti jew organi attivi in ​​vitro kienet l-għan tal-insegwiment bla heda tan-nies. Min-naħa waħda, hemm vojt kbir fit-trapjant tal-organi. S'issa, ħafna problemi mediċi, bħal insuffiċjenza renali u tumuri malinni, għadhom jiġu ttrattati bi trapjant ta' organi. Madankollu, dejjem kien hemm nuqqas ta’ donaturi fit-trapjant ta’ organi alloġeniċi. Kemm domestikament kif ukoll internazzjonalment, minħabba donazzjoni ta 'organi insuffiċjenti, ir-rata ta' suċċess ta 'tqabbil mhix għolja, u pazjenti li jeħtieġu trapjant ta' organi jistgħu jistennew biss.

Fl-Istati Uniti, skont in-netwerk tal-qsim tar-riżorsi tal-organi tal-Istati Uniti (UNOS), pazjent wieħed imut kull 1.5 siegħa minħabba li ma jistax jistenna għal trapjant ta 'organi adattat, u aktar minn 8 miljun pazjent jeħtieġu operazzjonijiet relatati mat-tiswija tat-tessuti kull sena. Fiċ-Ċina, skond l-istatistika, madwar 1.5 miljun ruħ jeħtieġu trapjant ta 'organi kull sena minħabba falliment ta' organi fl-istadju finali, iżda madwar 10000 persuna biss jistgħu jirċievu trattament ta 'trapjant ta' organi kull sena, u s-sors limitat ta 'organi ħajjin ma jistax jissodisfa l-ħtiġijiet ta' pazjenti.

Meta wieħed jieħu t-trapjant tal-kliewi bħala eżempju, 3000 pazjent jiġu trapjantati kull sena, u d-domanda hija għolja daqs 300000. Ħafna mill-pazjenti jistgħu biss jiddeterjoraw jew saħansitra jmutu waqt li jistennew ligands. Fl-istess ħin, in-numru ta 'pazjenti li jeħtieġu trapjant ta' organi fiċ-Ċina għadu qed jiżdied b'aktar minn 10 fil-mija kull sena. Barra minn hekk, hemm reazzjonijiet ta 'rifjut immuni wara trapjant ta' organi, li jeħtieġ trattament immunosoppressiv fit-tul.

Fid-dawl ta 'dan, metodu effettiv huwa meħtieġ b'mod urġenti biex issolvi n-nuqqas ta' organi donaturi u r-reazzjoni ta 'rifjut fit-trapjant tal-organi. L-emerġenza u l-iżvilupp rapidu tat-teknoloġija tal-istampar bijoloġiku 3D jipprovdu soluzzjoni ġdida fjamanta għall-problema tan-nuqqas ta’ tessuti jew organi - L-istampar bijoloġiku 3D jista’ jistampa direttament organi jew tessuti ħajjin in vitro jew in vivo bl-użu ta’ ċelloli ħajjin derivati ​​miċ-ċelloli staminali adulti tagħhom stess. indotti u differenzjati in vitro bħala materja prima, u b'hekk jissostitwixxu organi jew tessuti b'funzjonijiet mitlufa.

Fil-preżent, l-istampar bijoloġiku 3D għamel ċerti kisbiet fil-qasam tat-trapjant tal-organi, u ġie applikat għar-riġenerazzjoni u r-rikostruzzjoni tal-ġilda, għadam, vini artifiċjali, splints vaskulari, tessuti tal-qalb u strutturi tal-qarquċa.

Min-naħa l-oħra, ir-riċerka tal-mekkaniżmu mediku attwali teħtieġ mudelli in vitro aktar preċiżi. Is-soluzzjonijiet tradizzjonali ħafna drabi huma bbażati fuq kultura ta 'ċelluli bidimensjonali u esperimenti fuq l-annimali. Madankollu, il-metodu bbażat fuq kultura ta 'ċelluli bidimensjonali huwa differenti ħafna mill-ambjent tridimensjonali fil-ġisem reali, u f'xi każijiet, jista' jkun hemm riżultati kontradittorji, li jagħmel il-valur ta 'referenza limitat. Minbarra ħafna problemi etiċi fl-esperimenti fuq l-annimali, l-iktar ħaġa kruċjali hija li hemm differenza kbira bejn l-ambjent intern tal-annimali u l-ambjent tal-bniedem.

Fi kliem ieħor, jekk iċ-ċelloli umani jistgħu jintużaw biex jibnu mill-ġdid l-ambjent tridimensjonali ta 'tessuti jew organi in vitro, id-difetti ta' soluzzjonijiet eżistenti jistgħu jiġu kkumpensati tajjeb, u l-kostruzzjoni ta 'tessuti jew organi in vitro tista' bla dubju tintuża ħafna fid-droga. screening u esplorazzjoni tal-mekkaniżmu tal-mard.

Dak li dan se jġib lin-nies huwa qabża 'l quddiem fil-mediċina ta' preċiżjoni u mediċina personalizzata. Wara kollox, hemm partikolaritajiet u differenzi fl-istruttura fiżika u l-kundizzjonijiet patoloġiċi ta 'kull persuna, speċjalment għal pazjenti b'kundizzjonijiet kumplessi u rari. Meta wieħed iqis ir-riskju għoli ta 'kirurġija, it-tobba jistgħu jistampaw il-partijiet patoloġiċi tal-pazjent fi proporzjon 1:1 bl-għajnuna tat-teknoloġija tal-istampar 3D, sabiex iwettqu ppjanar ta' qabel l-operazzjoni u eżerċizzji preċiżi għal każijiet kumplessi, rari u diffiċli.

Dan jista 'mhux biss jipprovdi lit-tobba b'dejta strutturali tridimensjonali preċiża għat-tfassil ta' pjanijiet kirurġiċi, iżda wkoll jipprevedi l-proċess kirurġiku kollu u jtejjeb l-ippjanar kirurġiku taħt il-premessa ta 'aktar intuwittivi u realistiċi, sabiex ittejjeb l-eżattezza tal-kirurġija reali u tnaqqas ir-riskju kirurġiku. Barra minn hekk, għal pazjenti differenti, gwidi kirurġiċi personalizzati stampar 3D jistgħu effettivament inaqqas it-trawma u l-fsada tal-kirurġija, iqassar ħafna l-ħin tal-operazzjoni u jtejjeb l-eżattezza tal-kirurġija.

Għalhekk, meta mqabbla mat-teknoloġija medika tradizzjonali, fuq il-bażi tar-rispett u l-ħakma tad-differenzi individwali, it-teknoloġija tal-istampar 3D tista 'tirrealizza customizzazzjoni personalizzata reali u tagħmel it-trattament mediku aktar preċiż.

Il-futur huwa dejjem aktar ċar

Fl-2003, Thomas Boland ta 'l-Università ta' Clemson rrealizza b'suċċess l-istampar taċ-ċelluli ħajjin billi uża printer HP modifikat (h550c) u cartridge tal-linka (hp51626a), buffer PBS li fih ċelluli tal-ovarji tal-ħamster Ċiniż (CHO) u ċelluli embrijoniċi ta 'motor newron tal-ġurdien bħala "linka bijo". u agar tas-sojja / ġel tal-kollaġen bħala "karta bijo", u ppubblika l-ewwel karta tiegħu dwar l-istampar tal-bijo taċ-ċelluli, li ġiet irrappurtata mill-midja inkluż American Science Journal u CNN. Fl-2004, il-grupp ta 'riċerka applika għall-ewwel privattiva tal-istampar taċ-ċelluli u tal-organi, u kiseb l-awtorizzazzjoni tal-privattiva fl-2006. Aktar tard, it-teknoloġija ġiet awtorizzata lil Organovo, kumpanija famuża tal-istampar bijoloġiku 3D elenkat fuq NASDAQ.

Minn dakinhar, organi stampati 3D daħlu wkoll uffiċjalment fil-korsija tal-iżvilupp u ġabu ħafna tamiet għall-mediċina riġenerattiva. F'Diċembru 2010, Organovo mmanifatturat l-ewwel bastiment tad-demm uman bioprinted bl-użu ta ' novogen MMX. Minn dakinhar, il-kumpanija stampat ukoll kampjuni żgħar ta 'tessut tal-muskoli skeletriċi, għadam u fwied, impjantat b'suċċess nervituri fis-sinsla tad-dahar, u ddeterminat pjan fit-tul għall-manifattura ta' tessuti umani trapjantati. Għall-ewwel, dan l-istampar fuq talba ffokat prinċipalment fuq tiswija mijokardijaka, trapjant tan-nervituri jew segmenti arterjali, minħabba li dawn it-tessuti huma relattivament żgħar u aktar faċli biex jiġu stampati, u l-possibbiltà ta 'applikazzjoni klinika hija wkoll akbar.

Fl-2012, xjenzati Skoċċiżi użaw ċelluli umani biex jistampaw tessut tal-fwied artifiċjali bi printer 3D għall-ewwel darba. Fl-istess sena, iċ-ċentru mediku pubbliku tal-Università ta 'Michigan ħoloq trakea artifiċjali permezz tat-teknoloġija tal-istampar 3D, u wettaq l-ewwel operazzjoni ta' trapjant uman ta 'organi stampati 3D fid-dinja. Din hija l-ewwel darba li l-bnedmin jużaw partijiet stampati 3D biex jgħinu fl-organizzazzjoni u l-organizzazzjoni mill-ġdid. Ġie ppubblikat fin-New England Journal of medicine f'Mejju 2013.

Fi żvilupp ieħor kompletament differenti f'Diċembru 2012, Organovo ħabbar li kkoopera ma 'Autodesk biex tipproduċi l-ewwel softwer tad-disinn 3D għall-bijostampar. Jiftaħ novogen MMX għal aktar utenti, u b'hekk itejjeb id-disponibbiltà u l-funzjonalità tal-bijostampar.

Kif qal Keith Murphy, president u CEO ta 'Organovo, l-għan fit-tul tas-sħubija l-ġdida tal-kumpanija ma' Autodesk huwa li "tistinka biex tippermetti lill-klijenti jiddisinjaw organizzazzjonijiet 3D huma stess, u mbagħad ħalli Organovo jkun responsabbli għall-produzzjoni". Hekk kif l-iskulturi issa jistgħu jtellgħu ġojjellerija ġdida lill-manifatturi tal-ġojjellerija, jistgħu jipprintjaw 3D oġġetti tal-plastik jew tal-metall. Fil-futur, it-tobba jistgħu wkoll jibagħtu l-mudelli elettroniċi ta 'trapjanti ta' l-arterji jew organi sħaħ lil Organovo għall-bijostampar, u mbagħad Organovo jesprimi l-prodotti lesti lura. Fl-2012, MIT Technology Review kklassifikat Organovo bħala waħda mill-aqwa 50 kumpanija l-aktar innovattiva fid-dinja, u fl-2010, ir-rivista Time kklassifikat novogen MMX bħala waħda mill-aqwa invenzjonijiet tas-sena.

Fl-2013, l-ewwel impjant tal-kranju tal-peek tal-prodott tal-istampar 3D personalizzat fid-dinja (kumpanija OPM Amerikana) ġie approvat mill-FDA. Fi Frar ta 'l-istess sena, riċerkaturi mill-Università ta' Cornell fl-Istati Uniti ppubblikaw rapport li użaw ċelluli tal-widnejn bovini biex jistampaw widnejn artifiċjali fi printer 3D, li jistgħu jintużaw għat-trapjant ta 'organi ta' tfal b'malformazzjonijiet konġenitali.

F'Novembru 2014, Organovo nediet it-tessut tal-fwied uman stampat 3D disponibbli kummerċjalment exvive3dtm għall-ittestjar prekliniku tad-droga.

F'April 2015, Organovo ħabbar l-ewwel data tad-dinja tat-tessuti tal-kliewi taċ-ċelluli sħaħ bijoprinted 3D fil-konferenza tal-Bijoloġija Sperimentali f'Boston. It-tessut tal-kliewi attwali jista 'jgħix biss għal ftit jiem taħt kundizzjonijiet normali tal-laboratorju, filwaqt li t-tessut tal-kliewi stampat 3D ta' Organovo jista 'jdum "mill-inqas ġimgħatejn".

Fiċ-Ċina, il-Professur Yan Yongnian tal-Università ta 'Tsinghua mexxa lit-tim biex iwettaq riċerka dwar it-teknoloġija tal-istampar 3D bijoloġiku madwar l-2002. Fl-2004, mexxa lit-tim biex ilesti s-sistema ta' kitba diretta taċ-ċelluli u l-istampar taċ-ċelluli, u stabbilixxa inġinerija tal-manifattura bijoloġika avvanzata internazzjonalment laboratorju, magħruf bħala "l-ewwel persuna fl-istampar 3D fiċ-Ċina".

F'Awwissu 2013, Hangzhou genovo Biotechnology Co., Ltd (regenovo fil-qosor) ikkoopera ma 'xjentisti minn Hangzhou University of Electronic Science and technology u universitajiet oħra biex jiżviluppaw b'suċċess printer 3D li jista' jistampa materjali bijoloġiċi u ċelloli ħajjin fl-istess ħin. F'Ottubru 2015, genefit nediet it-tielet ġenerazzjoni ta 'workstation tal-istampar 3D bijoloġiku, li "stampat" b'suċċess unitajiet tal-fwied f'lottijiet għall-iskrinjar tad-droga.

Illum il-ġurnata, bil-progress u l-maturità tat-teknoloġija tal-bijostampar 3D, il-futur tal-bijostampar 3D huwa dejjem aktar qawwi.

Qabel l-organi tal-istampar 3D

Madankollu, futur sabiħ ma jfissirx li l-proċess huwa bla xkiel. Wara kollox, l-istampar bijoloġiku 3D huwa industrija interdixxiplinarja tal-mediċina, xjenzi tal-ħajja, xjenza tal-materjali, teknoloġija tal-informazzjoni, inġinerija tat-tessuti, manifattura, provi kliniċi eċċ. It-tliet kundizzjonijiet l-aktar importanti għall-istampar ta 'organu ħaj huma ċelloli, scaffolds u induzzjoni.

It-teknoloġija ta 'assemblaġġ ta' ċelluli diretti tirreferi għall-assemblaġġ dirett ta 'ċelluli jew materjali tal-matriċi taċ-ċelluli fi strutturi mixtieqa skond mudelli ta' data 3D, u finalment jiffurmaw tessut jew organu ħaj permezz ta 'kultura sussegwenti.

It-teknoloġija ta 'assemblaġġ taċ-ċelluli indiretti tirreferi għall-bini ta' scaffold ta 'kultura taċ-ċelluli b'bijomaterjali, imbagħad twaħħil ċelluli mal-pożizzjonijiet korrispondenti ta' l-armar skond l-istrutturi meħtieġa permezz ta 'mudelli 3D, u mbagħad tinduċi ċelloli biex jgħixu biex jiġu kkultivati ​​f'tessuti u organi ħajjin.

Madankollu, għandna nkunu nafu li l-istruttura tal-organu innifsu hija kumplessa ħafna, u hemm aktar minn ċellula waħda f'organu. Kif tikseb arranġament kumpless ta 'ċelluli multipli u żżomm it-tkabbir tagħhom għadha problema diffiċli li tiffaċċja l-istampar tal-organi. Ħu l-vini tad-demm bħala eżempju. Il-vini tad-demm jidhru sempliċi fl-istruttura, iżda fil-fatt, minbarra li għandhom saffi multipli ta 'strutturi differenti ta' tessut taċ-ċelluli (vini tad-demm tipiċi huma magħmulin prinċipalment minn endotelju, muskoli lixxi u fibroblasti), Il-ħajt tal-vini tad-demm għandu wkoll il-funzjonijiet ta 'permeabilità selettiva, elastiċità tal-ħajt tal-vini tad-demm u antikoagulazzjoni, li jagħmluha diffiċli ħafna li jiġu manifatturati vini attivi in ​​vitro biex jissostitwixxu vini morda in vivo.

Barra minn hekk, kif jiġi żgurat li l-materjal tal-armar ma jkunx tossiku u adattat għall-ġisem tal-bniedem, sabiex iċ-ċelloli jkunu jistgħu jikbru b'mod normali, u kif jinduċu t-tkabbir taċ-ċelluli, jattivaw l-organu stampat u jissostitwixxu kompletament l-organu oriġinali huma wkoll problemi biex jiġu solvuti.

Fl-aħħarnett, l-użu ta 'organi bħal dawn se jġib ukoll sensiela ta' konsiderazzjonijiet dwar in-natura umana u l-moralità. Għadu qed jinbena ambjent tolleranti tal-opinjoni pubblika li jippermetti l-applikazzjoni ta' teknoloġiji relatati. Dan id-dubju dwar l-Orgni tal-Istampar ġie rifless bis-sħiħ fir-rumanz qasir tal-fantaxjenza "ċentru tal-avvenimenti" minn nidi okolafer.

Fir-rumanz, l-aħbar li l-President Niġerjan fengmi kellu trapjant tal-qalb inxterdet bħal nirien mifruxa, u kkawża għajta nazzjonali. Differenti mis-suppożizzjonijiet tax-xjenzati attwali, il-qalb artifiċjali mħejjija miċ-ċentru tal-avvenimenti għall-president m'għadhiex ġejja mill-annimali, iżda hija bbażata fuq tessut tal-pjanti, bl-użu ta 'ċelloli staminali awtologi u teknoloġija tal-istampar 3D.

Anke jekk din it-teknoloġija mmaturat fir-rumanz, fir-rumanz, Yiqi, il-kirurgu ewlieni mill-Istati Uniti, għadu inkwetat dwar l-effettività tal-operazzjoni. Jekk id-dubji ta’ izzi huma prinċipalment relatati mas-suċċess jew il-falliment tat-teknoloġija nnifisha, il-kolp ta’ stat imniedi min-neputi tal-president sibbi u l-eks ġenerali ochchuku mess fuq problema oħra li ġġib magħha t-teknoloġija: se jkun hemm bidla kbira fit-temperament wara trapjant tal-qalb. , jew saħansitra l-possibbiltà li jiġu kkontrollati? Din l-ispekulazzjoni mhix konġettura mhux ipprovokata. Fid-dinja reali, ħafna pazjenti bi trapjant tal-fwied għandhom bidliet fil-personalità f'ċertu perjodu ta 'żmien, u l-għerq jista' jkun il-bidliet regolatorji endokrinali kkawżati minn reazzjonijiet ta 'rifjut.

Iċ-ċavetta għal dan l-inkwiet hija: x'inhuma n-nies? Għandna niddependu fuq sett komplut taʼ organi oriġinali, jew ġisem u moħħ li jistgħu jaħsbu u jaġixxu b’mod indipendenti? Għalkemm l-iżvilupp tat-teknoloġija bilkemm jiddependi fuq ir-rieda tal-umanità, xorta huwa meħtieġ li tkun kawt dwar in-natura doppja tat-teknoloġija. Jeħtieġ li jiġi rikonoxxut li serje ta 'mistoqsijiet dwar jekk it-teknoloġija hijiex tajba jew ħażina ħafna drabi huma t-triq inevitabbli fil-proċess tal-popolarizzazzjoni tat-teknoloġija, jiġifieri, "fil-passat, kien kapriċċi, issa huwa diffiċli, u fil-futur hija drawwa”. Wara kollox, meta tinħoloq teknoloġija, kif nagħmlu l-aħjar użu minnha huwa dak li rridu nieħdu ħsiebu l-aktar.

L-organi stampati 3D setgħu wegħduna futur sabiħ, iżda qabel ma jasal il-futur, dak li għad irridu nagħmlu huwa li nifhmu b'mod korrett din it-teknoloġija u mhux nagħtuha b'etika teknika u regoli tal-użu - fil-fatt, l-istampar 3D bijoloġiku għadu 'l bogħod milli jilħaq l-idea oriġinali ta 'l-istampar ta' l-organi, u l-istampar in vitro ta 'organi ħajjin li jistgħu jintużaw għat-trapjant għad għandha triq twila.

klawsola importanti