MəZmun
- 3B printerlərlə dərmanı dəyişdirmək
- 3D printer necə işləyir?
- Qulaq etmək
- Kalıp və iskələ arasındakı fərq
- Çap olunmuş qulaqların potensial faydaları
- Aşağı çənənin çapı
- Protez və implantasiya olunan əşyalar
- Daha çox nümunə
- Yaşayan Hüceyrələrlə Bioprinting: Mümkün Gələcək
- Orqan və toxuma dəyişdirilməsi
- Bəzi Bioprinting Uğurları
- Ürək hissələrinin çapı
- Bir kornea yaratmaq
- Mini Üzvlərin, Organoidlərin və ya Çipdəki Üzvlərin faydaları
- Ağciyəri təqlid edən bir quruluş
- Bioprinting üçün bəzi çətinliklər
- İstinadlar
Linda Crampton uzun illər orta məktəb şagirdlərinə elm və informasiya texnologiyaları öyrətdi. Yeni texnologiya haqqında öyrənməkdən zövq alır.
3B printerlərlə dərmanı dəyişdirmək
3B çap, bir çox faydalı tətbiqi olan texnologiyanın həyəcan verici bir tərəfidir. 3D printerlərin cəlbedici və potensial olaraq çox vacib bir tətbiqi tibbdə istifadə edilə bilən materialların yaradılmasıdır. Bu materiallara implantasiya edilə bilən tibbi cihazlar, süni bədən hissələri və ya protezlər və xüsusi tibbi alətlər daxildir. Bunlara canlı insan toxumasının və mini orqanların basılmış yamaqları da daxildir. Gələcəkdə implantasiya edilə bilən orqanlar çap edilə bilər.
3B printerlər, kompüterin yaddaşında saxlanılan rəqəmsal bir model əsasında möhkəm, üç ölçülü obyektləri çap etmə qabiliyyətinə malikdir. Ümumi bir çap mühiti, çapdan sonra bərkimiş maye plastikdir, lakin digər mühitlər mövcuddur. Bunlara toz metal və canlı hüceyrələri olan "mürəkkəblər" daxildir.
Printerlərin insan orqanizminə uyğun material istehsal etmək qabiliyyəti sürətlə yaxşılaşır. Materialların bir hissəsi artıq tibbdə istifadə olunur, digərləri hələ təcrübə mərhələsindədir. Bir çox tədqiqatçı istintaqa cəlb olunur. 3B çap tibbi müalicəni dəyişdirmək üçün cəlbedici potensiala malikdir.
3D printer necə işləyir?
Yazıcı tərəfindən üç ölçülü bir obyektin yaradılmasında ilk addım obyektin dizaynıdır. Bu bir CAD (Kompüter Dəstəyi Dizayn) proqramında edilir. Dizayn bitdikdən sonra başqa bir proqram, bir neçə qat şəklində obyektin istehsalı üçün təlimat yaradır. Bu ikinci proqram bəzən dilimləmə proqramı və ya dilimləmə proqramı olaraq da bilinir, çünki bütün obyekt üçün CAD kodunu bir sıra dilimlər və ya üfüqi qatların koduna çevirir. Qatlar yüzlərlə, hətta minlərlə ola bilər.
Yazıcı, obyektin altından başlayaraq yuxarıya doğru işləyərək dilimləyici proqramın təlimatlarına uyğun olaraq material qatlarını yerləşdirərək obyekti yaradır. Ardıcıl qatlar bir-birinə birləşir. Proses əlavə istehsal kimi adlandırılır.
Plastik filament tez-tez, xüsusilə istehlakçı yönümlü printerlərdə 3B çap üçün vasitə kimi istifadə olunur. Yazıcı filamanı əridir və sonra bir nozzle vasitəsilə isti plastik çıxarır. Bir obyekt yaratmaq üçün maye plastik buraxdıqda nozzle bütün ölçülərdə hərəkət edir. Burunun hərəkəti və ekstruziya olunan plastik miqdarı dilimləmə proqramı tərəfindən idarə olunur. İsti plastik nozzle çıxdıqdan dərhal sonra bərkiyir. Xüsusi məqsədlər üçün digər çap mühitləri mövcuddur.
Bədənin xaricindən görünən qulağın bir hissəsi pinna və ya qulaqlıq olaraq bilinir. Qulağın qalan hissəsi kəllədə yerləşir. Pinnanın vəzifəsi səs dalğalarını toplamaq və qulağın növbəti hissəsinə göndərməkdir.
Qulaq etmək
2013-cü ilin fevralında ABŞ-dakı Cornell Universitetinin alimləri, 3D çap vasitəsi ilə bir qulaq pinna edə bildiklərini elan etdilər. Cornell alimlərinin izlədiyi addımlar belə idi.
- Bir CAD proqramında bir qulaq modeli yaradıldı. Tədqiqatçılar bu model üçün əsas olaraq həqiqi qulaqların fotoşəkillərindən istifadə etdilər.
- Qulaq modeli, plastik formada bir qulaq forması ilə bir qəlib yaratmaq üçün istifadə edərək, bir 3D printer tərəfindən çap edildi.
- Kalıbın içərisində kollagen adlı bir protein olan bir hidrojel yerləşdirildi. Hidrojel su olan bir jeldir.
- Kondrositlər (qığırdaq istehsal edən hüceyrələr) inəyin qulağından alınmış və kollagenə əlavə edilmişdir.
- Kollagen qulağı laboratoriya qabına bir qidalandırıcı məhlula qoyulmuşdur. Qulaq məhlulda olarkən, bəzi xondrositlər kollageni əvəz etdi.
- Qulaq daha sonra dərisinin altındakı siçovulun arxasına implantasiya edildi.
- Üç aydan sonra qulağın içindəki kollagen tamamilə qığırdaq ilə əvəz olundu və qulaq ətrafdakı siçovul hüceyrələrindən formasını və fərqliliyini qorudu.
Kalıp və iskələ arasındakı fərq
Yuxarıda təsvir olunan qulaq yaratma prosesində plastik qulaq təsirsiz bir qəlib idi. Yeganə funksiyası qulağın düzgün formasını təmin etmək idi. Kalıbın içərisində əmələ gələn kollagen qulağı, xondrositlər üçün bir iskele rolunu oynadı. Toxuma mühəndisliyində bir iskele, hüceyrələrin böyüdüyü və müəyyən bir forma sahib olduğu biyouyumlu bir materialdır. İskele yalnız düzgün forma deyil, həm də hüceyrələrin ömrünü dəstəkləyən xüsusiyyətlərə malikdir.
Orijinal qulaq yaratma prosesi həyata keçirildiyi üçün, Cornell tədqiqatçıları, plastik bir qəlib ehtiyacını ortadan qaldıraraq, bir qulaq düzəltmək üçün lazım olan düzgün forma ilə bir kollagen iskele basmağın bir yolunu tapdılar.
Çap olunmuş qulaqların potensial faydaları
Yazıcıların köməyi ilə hazırlanan qulaqlar yaralanma və ya xəstəlik səbəbi ilə öz qulaqlarını itirən insanlar üçün faydalı ola bilər. Qulaqları olmayan anadan olan və ya düzgün inkişaf etməmiş insanlara kömək edə bilərlər.
Bu anda əvəz qulaqları bəzən xəstənin qabırğasındakı qığırdaqdan hazırlanır. Qığırdaq almaq xəstə üçün xoşagəlməz bir təcrübədir və qabırğaya zərər verə bilər. Bundan əlavə, yaranan qulaq çox təbii görünə bilməz. Qulaqlar da süni bir materialdan hazırlanır, lakin bir daha nəticə tamamilə qənaətbəxş olmaya bilər. Çap olunmuş qulaqların daha çox təbii qulaqlara bənzəmək və daha səmərəli işləmək potensialı var.
2013-cü ilin mart ayında Oxford Performance Materials adlı şirkət, bir kişinin kəllə sümüyünün% 75-ini çap olunmuş polimer kəllə ilə əvəz etdiklərini bildirdi. 3 boyutlu printerlər, protez üzvlər, eşitmə cihazları və diş implantları kimi sağlamlıq cihazlarının hazırlanmasında da istifadə olunur.
Aşağı çənənin çapı
2012-ci ilin fevralında Hollandiyalı elm adamları, 3 ölçülü printerlə süni bir alt çənə yaratdıqlarını və 83 yaşlı bir qadının üzünə implantasiya etdiklərini bildirdilər. Çənə istiliklə əridilmiş titan metal tozu təbəqələrindən hazırlanmış və bioseramik örtüklə örtülmüşdür. Biyoseramik materiallar insan toxuması ilə uyğundur.
Qadın öz alt çənəsində xroniki bir sümük infeksiyası olduğu üçün süni çənəni alıb. Həkimlər ənənəvi üz rekonstruksiyası əməliyyatının qadın üçün yaşına görə çox riskli olduğunu hiss etdilər.
Çənənin yerindən tərpənə bilməsi üçün oynaqları, əzələ bağlanması üçün boşluqlar və qan damarları və sinirlər üçün yivlər var idi. Qadın anesteziyadan ayılan kimi bir neçə söz deyə bildi. Ertəsi gün udmağı bacardı. Dörd gündən sonra evə getdi. Saxta dişlərin daha sonra çənəyə implantasiyası planlaşdırılırdı.
Çap olunmuş strukturlar tibbi təlimlərdə və cərrahiyyə öncəsi planlaşdırmada da istifadə olunur. Xəstənin tibbi müayinələrindən yaranan üç ölçülü bir model, xəstənin bədənindəki spesifik şərtləri göstərə bildiyindən cərrahlar üçün çox faydalı ola bilər. Bu, mürəkkəb əməliyyatı sadələşdirə bilər.
Protez və implantasiya olunan əşyalar
Yuxarıda təsvir olunan metal çənə bir növ protez və ya süni bədən hissəsidir. Protez istehsalı 3D printerlərin vacib hala gəldiyi bir sahədir. Bəzi xəstəxanalar artıq öz printerlərinə sahibdirlər və ya printeri olan bir tibbi təchizat şirkəti ilə əməkdaşlıq edirlər.
3 ölçülü çap üsulu ilə protezin yaradılması ənənəvi istehsal üsulları ilə yaradılandan daha tez və daha ucuz bir prosesdir. Əlavə olaraq, bir cihaz şəxs üçün xüsusi olaraq dizayn edildikdə və çap edildikdə bir xəstə üçün xüsusi bir uyğunluq yaratmaq daha asandır. Xəstəxana taramaları uyğunlaşdırılmış cihazlar yaratmaq üçün istifadə edilə bilər.
Əvəzetmə əzalarını bu gün ən azı dünyanın bəzi yerlərində tez-tez 3D çap edirlər. Çap olunmuş qollar və əllər çox vaxt ənənəvi üsullarla istehsal olunanlardan xeyli ucuzdur. Bir 3D çap şirkəti Walt Disney ilə birlikdə uşaqlar üçün rəngli və əyləncəli protez əllər yaratmaq üçün çalışır. Daha sərfəli bir daha ucuz məhsul yaratmaqla yanaşı, təşəbbüs "uşaqlara protezlərinə utanc və ya məhdudiyyət deyil, həyəcan mənbəyi olaraq baxmalarına kömək etmək" məqsədi daşıyır.
Daha çox nümunə
- 2015-ci ilin sonunda çap olunmuş onurğalar bir xəstəyə uğurla yerləşdirildi. Xəstələr ayrıca sternum və döş qəfəsi də aldılar.
- 3D çap təkmilləşdirilmiş diş implantları istehsal etmək üçün istifadə olunur.
- Dəyişdirilən kalça eklemleri tez-tez çap olunur.
- Bir xəstənin bədənindəki bir keçidin xüsusi ölçüsünə və formasına uyğun olan kateterlər qısa müddətdə ümumi ola bilər.
- 3B çap tez-tez eşitmə aparatlarının istehsalında iştirak edir.
Yaşayan Hüceyrələrlə Bioprinting: Mümkün Gələcək
Canlı hüceyrələrlə yazdırma və ya bioprintinq bu gün baş verir. Bu incə bir prosesdir. Hüceyrələr çox qızmamalıdır. 3D çap üsullarının əksəriyyəti hüceyrələri məhv edəcək yüksək temperaturdan ibarətdir. Bundan əlavə, hüceyrələr üçün daşıyıcı maye onlara zərər verməməlidir. Maye və tərkibindəki hüceyrələr bio-mürəkkəb (və ya bioink) kimi tanınır.
Orqan və toxuma dəyişdirilməsi
Zədələnmiş orqanların 3B printerlərdən hazırlanan orqanlarla əvəzlənməsi tibbdə gözəl bir inqilab olardı. Bu anda ehtiyacı olan hər kəs üçün yetərincə bağışlanan orqan yoxdur.
Plan, ehtiyac duyduqları bir orqanı çap etmək üçün xəstənin öz bədənindən hüceyrələr götürməkdir. Bu proses orqanların rədd edilməsinin qarşısını almalıdır. Hüceyrələr, ehtimal ki, düzgün şəkildə stimullaşdırıldıqda digər hüceyrə növlərini istehsal edə bilən, ixtisaslaşmamış hüceyrələr olan kök hüceyrələr olacaqdır. Fərqli hüceyrə növləri printer tərəfindən düzgün qaydada yerləşdiriləcəkdir. Tədqiqatçılar, ən azı bəzi insan hüceyrələrinin yerləşdirildikləri zaman özlərini təşkil etmə qabiliyyətinə sahib olduqlarını və bu orqan yaratmaq müddətində çox faydalı olacağını kəşf edirlər.
Yaşayış toxuması yaratmaq üçün bioprinter olaraq bilinən xüsusi bir 3D printer növü istifadə olunur. Toxuma düzəldilməsinin yaygın bir üsulunda, bir iskele meydana gətirmək üçün bir printer başından bir hidrojel basdırılır. Hər birində minlərlə hüceyrə olan kiçik maye damlacıqları, başqa bir printer başlığından iskele basılır. Damcılar qısa müddətdə birləşir və hüceyrələr bir-birinə yapışır. İstədiyiniz quruluş meydana gəldikdə, hidrojel iskeli çıxarılır.Soyulmuş ola bilər və ya suda həll olunarsa yuyula bilər. Biyobozunur iskelelər də istifadə edilə bilər. Bunlar tədricən canlı bir bədənin içərisində parçalanır.
Tibbdə transplantasiya bir orqan və ya toxumanın bir donordan alıcıya köçürülməsidir. İmplant xəstənin bədəninə süni bir cihazın vurulmasıdır. 3D bioprinting bu iki hədd arasında bir yerə düşür. Həm "transplantasiya", həm də "implant" bir bioprinter tərəfindən istehsal olunan maddələrə istinad edildikdə istifadə olunur.
Bəzi Bioprinting Uğurları
Artıq insanlarda 3D printerlərin yaratdığı canlı olmayan implant və protezdən istifadə olunur. Yaşayan hüceyrələri olan implantların istifadəsi, daha çox araşdırma tələb olunur. Bütün orqanlar hələ 3D çap ilə edilə bilməz, ancaq orqanların hissələri edilə bilər. Döyə bilən ürək əzələlərinin yamaları, dəri ləkələri, qan damarlarının seqmentləri və diz qığırdaqları da daxil olmaqla bir çox fərqli quruluş çap edilmişdir. Bunlar hələ insanlara yerləşdirilməyib. 2017-ci ildə elm adamları, implantasiya üçün insan dərisini yarada biləcək bir printerin prototipini təqdim etdilər, lakin 2018-ci ildə digər alimlər bir gün gözlərindəki zədələri düzəltmək üçün istifadə edilə bilən bir müddətdə kornea çap etdilər.
2016-cı ildə bəzi ümidli kəşflər barədə məlumat verildi. Bir qrup elm adamı siçanların dərisinin altına üç növ bioprinted quruluş yerləşdirdi. Bunlara körpə ölçüsündə insan qulağı pinnası, əzələ parçası və insan çənə sümüyünün bir hissəsi daxil idi. Ətrafdan gələn qan damarları, siçanların bədənində olduqları müddətdə bu quruluşların hamısına keçdi. Bu həyəcan verici bir inkişaf idi, çünki toxumaların canlı qalması üçün qan təchizatı lazımdır. Qan canlı toxumalara qida verir və tullantılarını götürür.
Implantasiya olunmuş strukturların qan damarları inkişaf edənə qədər həyatda qalmağı bacardıqlarını qeyd etmək də həyəcan verici idi. Bu müvəffəqiyyət, strukturlarda qida maddələrinin daxil olmasına imkan verən kiçik məsamələrin olması ilə həyata keçirildi.
Ürək hissələrinin çapı
Bir kornea yaratmaq
İngiltərədəki Newcastle Universitetinin alimləri 3D çaplı kornea yaratdılar. Kornea gözlərimizin şəffaf, ən açıq örtükləridir. Bu örtüyə ciddi zərər korluğa səbəb ola bilər. Kornea nəqli problemi tez-tez həll edir, lakin ehtiyacı olan hər kəsə kömək etmək üçün kifayət qədər kornea yoxdur.
Alimlər sağlam insan korneasından kök hüceyrələr əldə etdilər. Daha sonra hüceyrələr alginat və kollagendən hazırlanmış bir jelə yerləşdirildi. Jel printerin tək ucundan keçərkən hüceyrələri qorudu. Jeli və hüceyrələri düzgün formada çap etmək üçün on dəqiqədən az vaxt lazım idi. Forma bir insanın gözünü taramaqla əldə edilmişdir. (Tibbi vəziyyətdə xəstənin gözü skan ediləcəkdi.) Jel və hüceyrə qarışığı çap edildikdən sonra kök hüceyrələr tam bir kornea meydana gətirdi.
Çap prosesi ilə hazırlanan buynuz qişalar hələ insan gözünə yeridilməyib. Yəqin ki, bunlardan bir müddət əvvəl olacaqdır. Bununla birlikdə bir çox insana kömək etmək potensialı var.
İnsan bədəninin müəyyən bir hissəsini doğru zamanda düzəltmək üçün lazımlı ixtisaslaşmış hüceyrələri istehsal etmək üçün kök hüceyrələri stimullaşdırmaq öz-özlüyündə bir problemdir. Bununla birlikdə, bizim üçün gözəl faydaları ola biləcək bir müddətdir.
Mini Üzvlərin, Organoidlərin və ya Çipdəki Üzvlərin faydaları
Alimlər 3D çap (və digər metodlarla) ilə mini orqanlar yarada bilmişlər. "Mini orqanlar", orqanların miniatür versiyaları, orqan bölmələri və ya müəyyən orqanlardakı toxuma yamalarıdır. Mini orqan termininə əlavə olaraq müxtəlif adlarla da adlandırılırlar. Çap edilmiş əsərlər tam ölçülü orqanda tapılan hər növ quruluşu ehtiva edə bilməz, lakin yaxşı təxminlərdir. Tədqiqatlar, implantasiya edilə bilməmələrinə baxmayaraq əhəmiyyətli istifadələrə sahib olduqlarını göstərir.
Mini orqanlar həmişə təsadüfi bir donor tərəfindən verilən hüceyrələrdən istehsal olunmur. Bunun əvəzinə, onlar tez-tez bir xəstəliyi olan bir insanın hüceyrələrindən hazırlanır. Tədqiqatçılar dərmanların mini orqana təsirlərini yoxlaya bilərlər. Bir dərmanın faydalı və zərərli olmadığı aşkar edilərsə, xəstəyə verilə bilər. Bu prosesin bir neçə üstün cəhəti var. Bunlardan biri, xəstənin spesifik bir xəstəliyin versiyası və spesifik genomu üçün faydalı olması ehtimalı olan bir dərmanın istifadə edilə bilməsi, bu da müvəffəq bir müalicənin olma ehtimalını artırır. Başqa bir şey, həkimlərin, dərmanın təsirli olacağını göstərə bilsələr bir xəstə üçün qeyri-adi və ya normal olaraq bahalı bir dərman ala bilməsi. Bundan əlavə, dərmanların mini orqanlarda test edilməsi laboratoriya heyvanlarına olan tələbatı azalda bilər.
Ağciyəri təqlid edən bir quruluş
2019-cu ildə Rice Universiteti və Washington Universitetinin alimləri, insan ağciyərini hərəkətdə təqlid edən mini bir orqan yaratdıqlarını nümayiş etdirdilər. Mini ağciyər bir hidrojeldən hazırlanır. Müəyyən aralıqlarla hava ilə doldurulmuş kiçik bir ağciyər bənzər bir quruluş ehtiva edir. Qanla dolu bir damar şəbəkəsi quruluşu əhatə edir.
Həvəsləndirildikdə süni ağciyər və damarları qırılmadan ritmik olaraq genişlənir və yığılır. Video, strukturun necə işlədiyini göstərir. Organoid tam ölçülü olmasa da və insan ağciyərindəki bütün toxumaları təqlid etmirsə də, ağciyər kimi hərəkət etmə qabiliyyəti çox vacib bir inkişafdır.
Bioprinting üçün bəzi çətinliklər
İmplantasiyaya uyğun bir orqan yaratmaq çətin bir işdir. Bir orqan, müəyyən bir hücrədə düzülmüş müxtəlif hüceyrə tiplərini və toxumalarını ehtiva edən kompleks bir quruluşdur. Bundan əlavə, embrional inkişaf zamanı orqanlar inkişaf etdikcə, incə quruluşlarının və mürəkkəb davranışlarının düzgün inkişafına imkan verən kimyəvi siqnallar alır. Süni bir orqan yaratmağa çalışarkən bu siqnallar əskikdir.
Bəzi elm adamları əvvəlcə - bəlkə də bir müddətdir - bir orqanın bütün funksiyaları yerinə tək bir funksiyasını yerinə yetirə bilən implantasiya edilə bilən strukturları çap edəcəyimizi düşünürlər. Bu daha sadə quruluşlar, bədənin ciddi bir qüsurunu kompensasiya etdikləri təqdirdə çox faydalı ola bilər.
Bioprinted orqanların implant üçün hazır olmasından bir neçə il əvvəl olmasına baxmayaraq, bundan əvvəl texnologiyanın yeni faydalarını görə bilərik. Tədqiqatın sürəti artır. Tibblə əlaqəli 3D çapın gələcəyi həyəcan verici olduğu qədər çox maraqlı olmalıdır.
İstinadlar
- Smithsonian Magazine-dən bir 3D printer və canlı qığırdaq hüceyrələri tərəfindən yaradılan süni qulaq.
- BBC-dən bir 3D printer tərəfindən hazırlanmış çənə nəqli (British Broadcasting Corporation)
- Amerika Maşın Mühəndisləri Cəmiyyətindən rəngli 3D çaplı əllər
- Bioprinter, Guardian-dan transplantasiya üçün sifarişli laboratoriyada yetişdirilən bədən hissələri yaradır
- EurekAlert xəbər xidmətindən ilk dəfə 3D çaplı insan korneası
- 3D printer, New Scientist-dən indiyə qədər olan ən kiçik insan qaraciyərini hazırlayır
- Mini 3D çap olunmuş orqanlar New Scientist-in döyünən ürək və qaraciyərini təqlid edir
- Popular Mechanics-dən ciyərləri təqlid edən bir orqan
- Yeni 3D printer, Science Alert-dən canlı hüceyrələrdən həyat boyu qulaq, əzələ və sümük toxuması hazırlayır
- Phys.org yeni xidmətindən insan dərisini çap etmək üçün 3 ölçülü bioprinter
Bu məqalə müəllifin bildiyi qədər dəqiq və doğrudur. Məzmun yalnız məlumat və ya əyləncə məqsədi daşıyır və iş, maliyyə, hüquqi və ya texniki məsələlərdə şəxsi məsləhət və ya peşəkar məsləhət əvəz etmir.
