3D printing: Η σύγχρονη ιατρική χρησιμοποιεί τρισδιάστατη εκτύπωση για να δημιουργήσει σκληρά εμφυτεύματα όπως κρανιακές πλάκες και αρθρώσεις ισχίου, προθέσεις άκρων και ιατρικές συσκευές.
Μια σημαντική ανακάλυψη στη βιοεκτύπωση ζωντανών ιστών θα μπορούσε σύντομα να οδηγήσει σε τρισδιάστατη εκτύπωση αιμοφόρων αγγείων και ανθρώπινων οργάνων, εγκαινιάζοντας μια νέα εποχή της αναγεννητικής ιατρικής. Ο Guohao Dai, καθηγητής βιομηχανικής στο Northeastern University, και οι συνεργάτες του κατοχύρωσαν πρόσφατα ένα νέο ελαστικό υλικό υδρογέλης σχεδιασμένο για τρισδιάστατη εκτύπωση μαλακών ζωντανών ιστών.
Η σύγχρονη ιατρική χρησιμοποιεί τρισδιάστατη εκτύπωση για να δημιουργήσει σκληρά εμφυτεύματα όπως κρανιακές πλάκες και αρθρώσεις ισχίου, προθέσεις άκρων και ιατρικές συσκευές. Ωστόσο, η τρισδιάστατη εκτύπωση οργάνων και μαλακών ιστών εξακολουθεί να είναι μια σημαντική πρόκληση, λέει ο Dai, η έρευνα του οποίου επικεντρώνεται στην τρισδιάστατη βιοεκτύπωση, τα βλαστοκύτταρα και την αγγειακή βιομηχανική.
Οι τρέχοντες τρισδιάστατοι εκτυπωτές χρησιμοποιούν πολυμερή, πλαστικά νήματα, σκόνες ή ρητίνη για την κατασκευή τυπωμένων αντικειμένων που σκληραίνουν καθώς ψύχονται. Οι μαλακοί ιστοί, λέει ο Dai, απαιτούν ελαστικά υλικά που μπορούν να τεντωθούν και να οπισθοχωρήσουν – κάτι που λείπει από τα υπάρχοντα υλικά. «Η ελαστικότητα είναι πολύ σημαντική για τη διατήρηση της φυσιολογικής λειτουργίας του ιστού», λέει ο Dai. Η επίλυση αυτής της πρόκλησης μπορεί να φέρει επανάσταση στην ιατρική και να καταστήσει τις μεταμοσχεύσεις οργάνων ξεπερασμένες.
Οι υδρογέλες είναι συνθετικά πολυμερή ικανά να συγκρατούν νερό, λέει ο Dai. Χρησιμοποιούνται, για παράδειγμα, για μάσκες προσώπου που περιέχουν θρεπτικά συστατικά για το δέρμα, επιδέσμους τραυμάτων που παρέχουν φάρμακα και μαλακούς φακούς επαφής που περιέχουν σημαντικές ποσότητες νερού για άνεση και μετάδοση οξυγόνου. Αλλά οι παραδοσιακές υδρογέλες, λέει ο Dai, είναι πολύ εύθραυστες για τρισδιάστατη εκτύπωση. Δεν αντέχουν το τέντωμα ή το στρίψιμο, περιορίζοντας τις ιατρικές τους εφαρμογές.
Για να λύσει αυτό το ζήτημα, ο Dai ένωσε τις δυνάμεις του με τον Yi Hong από το Πανεπιστήμιο του Τέξας Άρλινγκτον. Ενώ ο Χονγκ βρήκε έναν τρόπο να κάνει τις μαλακές υδρογέλες ελαστικές, ο Ντάι χρησιμοποίησε την τεχνογνωσία του στην τρισδιάστατη εκτύπωση για να τροποποιήσει περαιτέρω ορισμένες ιδιότητες αυτών των υδρογελών ώστε να μπορούν να περάσουν από έναν εκτυπωτή. Για να περάσει μέσα από το ακροφύσιο εκτύπωσης, λέει ο Dai, το υλικό έπρεπε να είναι υγρό αλλά έπρεπε επίσης να διατηρήσει το σχήμα του μετά την εκτύπωση ενός αντικειμένου.
Το νέο υλικό διαλύεται σε υγρό διάλυμα και μπορεί να εγκλωβίσει μεγάλη ποσότητα νερού μετά την εκτύπωση. Αυτό είναι καλό για την ανάπτυξη των κυττάρων, λέει ο Dai, επειδή μιμείται το περιβάλλον του ανθρώπινου σώματος που κατά μέσο όρο αποτελείται από 60% νερό. Τα κύτταρα εγχέονται στο υγρό διάλυμα πριν από την εκτύπωση. Μόλις εκτυπωθεί, το αντικείμενο εκτίθεται στο μπλε φως, προκαλώντας μια φωτοχημική αντίδραση που κάνει το πήκτωμα ελαστικό χωρίς να βλάπτει τα ζωντανά κύτταρα.
“Μπορείτε να εκτυπώσετε οποιαδήποτε γεωμετρία”, λέει ο Dai. “Μπορείτε να εκτυπώσετε ένα σωλήνα ή ένα αιμοφόρο αγγείο.” Τα κύτταρα στη συνέχεια πολλαπλασιάζονται και αναπτύσσονται μέσα στην τυπωμένη δομή. «Τα μεγαλώνουμε κάτω από την παλμική πίεση για να μιμηθούν την αρτηριακή πίεση του ανθρώπου», λέει ο Dai. Ένα άλλο βασικό πλεονέκτημα της νέας ελαστικής υδρογέλης είναι ότι είναι βιοδιασπώμενο. Δεδομένου ότι είναι ένα ξένο πολυμερές, λέει ο Dai, ο στόχος ήταν να γίνει πλήρως αποικοδομήσιμο ενώ τα κύτταρα το αντικαθιστούν με το δικό τους κολλαγόνο και ελαστίνη, σχηματίζοντας ένα ισχυρό, φυσικό αιμοφόρο αγγείο.
“Δεν είναι εγγενές στο σώμα σας, γι’ αυτό θέλαμε να εξαφανιστεί τελείως”, λέει ο Dai. Μέχρι στιγμής, τα εκτυπωμένα αιμοφόρα αγγεία που καλλιεργήθηκαν για δύο εβδομάδες παραμένουν σχετικά αδύναμα, λέει ο Dai, και δεν μπορούν ακόμη να αντέξουν την ανθρώπινη αρτηριακή πίεση. Πιστεύει ότι η παράταση της περιόδου καλλιέργειας σε δύο μήνες, που είναι ένα ακριβό πείραμα, θα μπορούσε να επιτρέψει στα κύτταρα να αναπτύξουν πλήρως μια ισχυρή δομή.
Επιπλέον, οι ερευνητές εργάζονται για να επιταχύνουν την αποικοδόμηση της υδρογέλης, με στόχο να διαλυθεί μέσα σε δύο έως τρεις μήνες ενώ τα κύτταρα ωριμάζουν σε λειτουργικά αιμοφόρα αγγεία. Ο Dai λέει ότι αυτή η τεχνολογία θα επιτρέψει τελικά τη δημιουργία αιμοφόρων αγγείων για ασθενείς που χρησιμοποιούν τα δικά τους κύτταρα. Καθώς η υδρογέλη αποικοδομείται, το σώμα θα την αντικαταστήσει φυσικά, με αποτέλεσμα τον ιστό ή τα όργανα να λειτουργούν πλήρως.
Διαβάστε όλες τις τελευταίες Ειδήσεις για την υγεία από την Ελλάδα και τον ΚόσμοΑκολουθήστε το healthweb.gr στο Google News και μάθετε πρώτοι όλες τις ειδήσεις
Ακολουθήστε το healthweb.gr στο κανάλι μας στο YouTube
