اعضای چاپی بدن انسان را ببینید
نویسنده : فاطمی
آیا میتوانید روزی را تصور کنید که پزشکان بنا به سفارش بیماران اعضای مختلف بدن از گوش و چشم گرفته تا قلب و کبد را تولید کنند؟ به لطف چاپگرهای سه بعدی این دیگر یک رویا نیست و به زودی شاهد تحقق آن خواهیم بود. در این عرصه دانشمندان به موفقیتهای چشمگیری دست یافتهاند که در این مطلب مهم ترین نمونههای آنها را آوردهایم.البته هنوز اندامهای تولیدی در بدن انسان به کار گرفته نشدهاند و این مهم، در مراحل بعدی محقق خواهد شد.
تولید کبد سه بعدی
کبد یکی از اعضای حیاتی بدن انسان است که مهمترین وظیفه آن سم زدایی و پاک سازی خون است. شرکت Organovo موفق شده است از طریق فناوری چاپ سه بعدی کبدهای کوچکی بسازد تا در آزمایشها استفاده شود. اگر یک شرکت دارویی بخواهد عوارض داروی جدید خود را آزمایش کند، یکی از مهم ترین اعضایی که باید به آن توجه کند کبد انسان است که در صورت وجود یک کبد مینیاتوری انسان، این آزمایش میتواند کاملا بی خطر و به صرفه انجام شود. این راهی است که شرکت زیست فناوری Organovo در پی کسب درآمد از آن است.این شرکت یک مدل سه بعدی کبد با ابعاد چند میلی متری را با استفاده از زیست چاپگرهای سه بعدی تولید میکند. این ابزار از 2 هد چاپ، تشکیل شده است که یکی بستر پشتیبانی کننده از سلولها را تولید میکند و دیگری سلولهای کبد انسانی را در آن قرار میدهد. مدل نهایی تشکیل شده است از بافت زنده کبد انسان و برخی سلولهای دیگر همچون سلولهای اندوتلیال که مدلی کاملا مشابه کبد واقعی را ارائه میدهد. در این مدل سلولها به شکلی سه بعدی نسبت به هم آرایش یافته اند که مشابه نمونه کبد واقعی است. بافت چاپ شده، به روش سه بعدی حداقل به مدت 42 روز فعال باقی میماند.برای ساخت کوچکترین کبد چاپی، یک چاپگر 3 بعدی حدود 20 لایه از سلولهای کبدی و ستارهای را که 2سلول اصلی کبد هستند، تولید و روی یکدیگر قرار میدهد.
گوش
گوش مصنوعی چاپ 3بعدی ظاهر و عملکردی مشابه گوش معمولی انسان دارد که میتواند جایگزین گوش در بیماران مختلف شود.
برای تولید این گوش،یک تصویر 3 بعدی دیجیتال از گوش تهیه و به چاپگر 3بعدی برای تولید قالب آن شکل داده میشود؛ سپس ژل ساخته شده از سلولهای زنده گوش گاو و کلاژن به داخل قالب تزریق میشود؛ کل این فرآیند 2روز به طول میانجامد که شامل طراحی، چاپ، تزریق ژل و خشک شدن آن به مدت 15 دقیقه است؛ سپس گوش مصنوعی تولید شده به پشت موش پیوند زده میشود که ظرف 3ماه غضروف کاملا رشد میکند و بزرگ میشود.
گوش مصنوعی میتواند برای عارضه بد شکلی گوش موسوم به میکروتیای مادرزادی که در آن بیماران دارای گوش درونی هستند اما بخش خارجی از جمله لاله گوش رشد کامل نداشته است و همچنین برای مبتلایان به سرطان یا افرادی که به دلیل تصادف قسمتی از گوش خارجی خود را از دست داده اند، استفاده شود.
در صورت صحت عملکرد و ایمنی گوش مصنوعی تولید شده با چاپگر 3 بعدی، میتوان تا 3 سال آینده آن را به بدن بیماران پیوند زد.
چاپ رگهای خونی
یک گروه تحقیقاتی در بیمارستان Brigham and Women شهر بوستون در حال کار روی چاپ رگهای خونی با چاپگرهای سه بعدی هستند.
این دانشمندان قصد استفاده از تکنیک جدیدی را دارند که در فرآیند ابداعی آن ها، ابتدا فیبرهای آگارز (مولکولی با پایه قندی) را به عنوان قالب رگ چاپ و بعد آن را با استفاده از ماده هیدروژل، قالب ریزی میکند.
به گزارش engadget ،از آن جا که آگارز ساختاری محکم دارد، دانشمندان قادرند بدون این که تخریبی انجام گیرد، کانالهای ارتباطی مورد نیاز را درون آن ایجاد کنند.
البته هنوز تا وقتی که این رگها که فعلا در حد همین مکعبهای مصنوعی هستند، در انسان مورد استفاده قرار گیرند راه زیادی در پیش داریم با این وجود این اقدام دانشمندان آغازی ا ست برای راهی بزرگ در راستای ساخت بافتهای بدن.
چشم
طراحی چشم مصنوعی دست ساز بسیار زمان بر و هزینه تولید هر چشم حدود 4 هزار و 900 دلار است، اما با کمک فناوری چاپ 3 بعدی میتوان در یک ساعت 150 چشم مصنوعی را با هزینهای کمتر از چشم مصنوعی دست ساز تولید کرد؛ در این روش هزینه تولید هر چشم به 160 دلار کاهش پیدا میکند.با طراحی دیجیتالی ساختار چشم، نسخه چاپ 3بعدی به کمک پروتزهای انعطاف پذیر تولید میشود که از چشم محافظت میکند؛ روش ساخت چشم با فناوری چاپ 3بعدی به ویژه در بخش طراحی سفارشی عنبیه هنوز تکمیل نشده است.
قالبهای توری برای درمان شکستگی استخوان
قالبهای گچی که برای درمان شکستگی استخوان به کار میرود،اغلب پرحجم و سنگین بوده و تعریق داخل آن اجتناب ناپذیر است، اما یکی از دانشجویان دانشگاه ویکتوریا با چاپگر سه بعدی نوعی پوشش طراحی کرده که برخلاف قالبهای گچی سنگین بیشتر شبیه یک جوراب توری روی آن عضو از بدن است که دچار شکستگی شده است.این غشای سه بعدی ، سبک وزن، با قابلیت تهویه هوا، قابل شست وشو و باریک است. در این روش ، یک نرم افزار رایانهای از استخوان شکسته اسکن تهیه وبر اساس آن، یک قالب مناسب طراحی میکند. متراکم ترین قسمتهای این قالب اطراف قسمت شکسته قرار میگیرد و اتصالات آن دائمی است.وقتی که شکستگی استخوان ترمیم شد، این قالب را باید شبیه قالب گچ با اره باز کرد.از دیگر تفاوتهای غشای تولید شده با چاپگر سه بعدی و گچ، این است که گچ ظرف 3 تا 9 دقیقه آماده است و در عرض 24 تا 72 ساعت خشک میشود، اما تولید یک غشا با چاپگر سه بعدی 3 ساعت زمان میبرد.
قلب
محققان آمریکایی موفق شدهاند یک مدل قلب را به صورت 3بعدی چاپ کنند که با کمک آن پزشکان آمادگی بیشتری برای عمل جراحی یافته اند؛ این محققان با استفاده از سی تی اسکنهای قلب یک بیمار که از بدو تولد از 4مشکل قلبی رنج میبرد، نمونهای از قلب وی را با اندازه واقعی تولید کردند.این مدل در 3 قسمت و از جنس رشتههای منعطف ساخته شده است.تولید آن حدود 20 ساعت زمان برده و 600 دلار هزینه داشته است.بیماری که با کمک چاپ 3بعدی عمل شده، در حال حاضر از بیمارستان مرخص شده و حال عمومی وی مطلوب است.محققان این آزمایشگاه در حال توسعه نسل جدید چاپگر سه بعدی با هدف تولید قلب کامل شامل تمامی بخشها از جمله عضلات، عروق خونی، دریچههای قلب و بافتهای الکتریکی هستند.
کلیه
محققان چینی نمونههای مینیاتوری کلیه را با استفاده از سلولهای انسانی با عملکردی مشابه کلیه واقعی تولید کرده اند.این فناوری شامل تولید کلیه و دیگر نسخههای مینیاتوری اندام با کمک سلولهای انسانی و چاپگر 3 بعدی است؛ نسخه بزرگ تر کلیه با چاپ 3 بعدی جایگزین مناسبی برای بیماران دچار نارسایی کلیوی خواهد بود.
مقابله با سرطان با چاپ سه بعدی تومورها
ایده چاپ سه بعدی سلولهای زنده، ما را به سمت درمانهای معجزه آسا سوق میدهد. میتوان اندامهای جدیدی را رشد داد یا به افرادی که دچار سوختگی شده اند، پوست جدیدی هدیه داد. اما شاید ایده ایجاد تومورهای سرطانی در نگاه اول به ذهن ما نرسد.محققان در حال بررسی فرآیندی برای پژوهش در معالجات سرطان هستند که از چاپ سه بعدی برای ایجاد مدل تومور گردن در آزمایشگاه استفاده میکند.مدلهای توموری اغلب برای تست روشهای درمانی استفاده میشود. مدلهای تومور سه بعدی رفتاری شبیه واقعیت دارند و از نظر رشد و واکنش به درمانها واقعی عمل میکنند. یک تومور این چنینی، موجب میشود تحقیقات پزشکی و آزمایشهای دارویی به نتایج موفق تری دست یابد.
صورت
"استفان پاور" اولین مردی است که صورت خود را با چاپ سه بعدی بازسازی کرده است؛ وی در سال 2012 پس از تصادف با موتور سیکلت آسیب شدید دید و آثار و شکافهای قابل توجهی در صورتش به وجود آمد که پزشکان با عمل جراحی نیز نتوانستند آنها را از بین ببرند، اما آنها توسط چاپ سه بعدی قسمتی از صورت او را طراحی کردند که نتایج مفیدی داشت.پزشکان برای تجسم ساختار داخلی مغز از جمجمه بیمار اسکن گرفتند که این کار موجب تسهیل در تولید چهره شد و چاپ سه بعدی را برای اندازه گیری، روی صورت بیمار قرار دادند که این فناوری برای جراحان در خصوص بازسازی صورت مفید بود.
استخوان
دانشمندان استرالیایی چاپگر 3بعدی طراحی کرده اند که لایههای سلول بافت را روی استخوان آسیب دیده اضافه میکند و با اعصاب و عضلات موجود در آن نیز ترکیب میشود. با این فناوری، جراحان میتوانند به جای هفتهها انتظار برای رشد بافت جایگزین، کاشتهای اختصاصی را در طول جراحی، طراحی کنند.
این قلم به شیوه مشابه چاپگرهای زیستی، لایههای سلول را چاپ میکند و سپس آنها را در یک ژل محافظ پوشش میدهد.2 لایه از ماده با یکدیگر در نوک قلم زیستی مخلوط میشود و جراحان میتوانند از این ترکیب برای پر کردن بخشهای آسیب دیده استخوان استفاده کنند.
هنگامی که این ترکیب روی استخوان کشیده میشود، یک نور فرابنفش آن را خشک میکند و جراح میتواند لایههای سلول را تولید کند.
این سلولها سپس تکثیر میشود و در نهایت به سلولهای بافت عصبها یا عضلات میپیوندد.
پوست
در این پروژه ،محققان ابتدا از اسکنها و نقشههای سه بعدی برای مشخص شدن وضعیت زخم بیمار استفاده کردند.
ازیک دریچه چاپگری که بدین منظور استفاده میشود، آنزیم ترومبین و از دریچه دیگر سلو لهای آمیخته با کلاژن و فیبرینوژن خارج میشود. پس از این مرحله چاپگر یک لایه از فیبروبلاست انسانی و یک لایه از سلولهای پوستی انسانی را که کراتینوسیت نامیده میشود ،روی هم قرار میدهد.
محققان در نهایت میخواهند یک چاپگر قابل حمل بسازند که بتوان از آن در زمان فجایع طبیعی استفاده کرد.
دست
هزینه کنونی ساخت یک دست مصنوعی حدود 70 هزار پوند است، اما جوئل گیبارد، کارشناس 23 ساله روباتیک توانسته است یک روش جایگزین برای کاهش هزینهها تا 600 پوند ارائه کند.وی با بهره گیری از چاپگر 3 بعدی، دست مصنوعی تولید کرده که کاملا کاربردی است و مشابه دست انسان کار میکند و به جای عضلات، موتورهای الکتریکی و به جای تاندون ها، کابلهای فولادی در آن استفاده شده است.این دست که از ماده مشابه مواد لگو ساخته شده است، بدون اتصالات سفارشی مورد استفاده قرار میگیرد. هر انگشت به طور جداگانه از مفصل برخوردار است و این دست مصنوعی میتواند اجسام با اندازهها و شکلهای مختلف را نگه دارد.چاپ هر دست حدود 8 ساعت طول میکشد.
تراشه نای
پزشکان دانشگاه میشیگان برای نجات جان یک کودک خردسال مبتلا به بیماری تراکئومالاسی- مشکلات تنفسی ناشی از غضروف ضعیف نای - از فناوری چاپ سه بعدی برای ساخت یک تراشه سفارشی نای استفاده کردند. برای ساخت آتل تراشه، تصویر دقیقی از نای با سی تی اسکن تهیه شد و سپس با استفاده از مدل سازی رایانه ای، تراشهای از جنس ماده پلی کاپرولاکتون متناسب با راههای هوایی کودک طراحی و توسط چاپگر سه بعدی ساخته شد.