ดึกวันหนึ่ง ฉันพบว่าตัวเองอยู่บนกระดาน Pinterestพยายามทำความเข้าใจความน่าสนใจของ isomalt สำหรับการทำขนมและการตกแต่งเค้กที่กินได้ ทำไม โพ สต์บน Twitterที่ประกาศงานวิจัยล่าสุดจากความร่วมมือแบบสหวิทยาการทำให้ฉันสนใจ: เครือข่ายหลอดเลือดที่ซับซ้อนสามารถพิมพ์ 3 มิติโดยใช้ isomalt ซึ่งมักใช้แทนน้ำตาลสำหรับทำขนมและงานประติมากรรมที่กินได้เพื่อการตกแต่ง
งานดังกล่าวจะเปิดช่องทางสำหรับการพิมพ์ 3 มิติ
อวัยวะส่วนบุคคล ซึ่งช่วยลดปัญหาการขาดแคลนการปลูกถ่ายอวัยวะของมนุษย์“ในแต่ละปี ผู้ป่วยหลายพันคนเสียชีวิตเพียงแค่รอให้อวัยวะของผู้บริจาคพร้อมใช้งาน” จอร์แดน มิลเลอร์ ผู้ช่วยศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยไรซ์และผู้วิจัยหลักซึ่งเป็นผู้นำการศึกษากล่าว “ความท้าทายทางการแพทย์ที่สำคัญเหล่านี้กระตุ้นให้เรานำหลักการทางวิศวกรรมมาประยุกต์ใช้กับชีววิทยาทุกวันเพื่อสร้างเนื้อเยื่อและอวัยวะที่สามารถแก้ปัญหาความท้าทายนี้ได้ในวันหนึ่ง สาขาการผลิตทางชีวภาพของเราเอง แม้จะยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น แต่กำลังได้รับความสามารถอย่างรวดเร็ว ซึ่งเรานึกไม่ถึงเมื่อทศวรรษที่แล้ว”
พูดง่ายๆ ก็คือ นักวิจัยต้องการพัฒนาระบบหลอดเลือดที่ซับซ้อนซึ่งสามารถรักษาเนื้อเยื่อและอวัยวะที่ออกแบบไว้ได้ และตามที่นักวิจัยอธิบายไว้ใน เอกสาร Nature Biomedical Engineeringนี่เป็นปัญหาที่ซับซ้อนมาก การพิมพ์ 3 มิติ เส้นเลือดใหญ่ของเนื้อเยื่อ
บทบาทของหลอดเลือดนั้นง่ายมาก: การส่งออกซิเจนและสารอาหารไปยังเนื้อเยื่อและขับของเสียออกไป แต่หลอดเลือดเป็นเครือข่ายที่สลับซับซ้อนของการแตกแขนงที่กว้างขวางอย่างไม่น่าเชื่อ พวกมันเติบโตเพื่อตอบสนองต่อสัญญาณบางอย่าง ซึ่งนักวิจัยทั้งหมดต้องพิจารณาเมื่อพิมพ์ 3 มิติทำงานเนื้อเยื่อ
วิธีการพิมพ์ 3D แบบธรรมดาไม่เหมาะสำหรับ
การจำลองเส้นใยของหลอดเลือดที่ละเอียดอ่อนเหล่านี้ ใช้การพิมพ์ 3 มิติแบบอัดรีด เช่น ในโครงสร้างที่เกิดจากการหลอมเส้นใยของวัสดุที่ไหลผ่านหัวฉีด เช่นเดียวกับสะพานไม้บัลซาวูดที่คุณสร้างขึ้นในชั้นเรียนฟิสิกส์ หลอดเลือดที่สร้างด้วยวิธีนี้จะเสียรูปหรือยุบตัวภายใต้น้ำหนักของตัวเอง เว้นแต่จะได้รับการสนับสนุนจากวัสดุพิมพ์ 3 มิติเพิ่มเติม เครือข่ายเรือที่สามารถทำได้ด้วยการพิมพ์แบบอัดรีดจึงมีจำกัด
ราวกับว่าไม่เพียงพอ หลอดเลือดที่พิมพ์ 3 มิติก็จำเป็นต้องรักษาเนื้อเยื่อที่ออกแบบไว้ให้คงอยู่ต่อไป เนื้อเยื่อที่พิมพ์ด้วย 3 มิติจะต้องรองรับเซลล์ที่มีชีวิตเพื่อให้ทำงานได้ และหลอดเลือดจำเป็นต้องส่งออกซิเจนและสารอาหารไปยังเนื้อเยื่อที่ออกแบบอย่างไกลที่สุด เนื่องจากการพิมพ์แบบอัดรีด 3 มิติไม่สามารถสร้างเครือข่ายหลอดเลือดที่หนาแน่นได้ง่าย งานนี้จึงเป็นเรื่องยากเช่นกัน
ความท้าทายด้านวิศวกรรมดังกล่าวทำให้นักวิจัยต้องคิดใหม่เกี่ยวกับวิธีที่พวกเขาพิมพ์เนื้อเยื่อและหลอดเลือด 3 มิติ พิมพ์ด้วยน้ำตาลนักวิจัยตระหนักดีว่าพวกเขาสามารถใช้เทคนิคการพิมพ์ 3 มิติที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับโพลีเมอร์และโลหะเพื่อสร้างหลอดเลือดที่พิมพ์ 3 มิติซึ่งเอาชนะข้อ จำกัด เหล่านี้ได้ เทคนิคนี้เรียกว่าการเผาผนึกด้วยเลเซอร์แบบคัดเลือกโดยใช้เลเซอร์โฟกัสเพื่อหลอมและหลอมเม็ดผงขนาดเล็กให้เป็นรูปร่างที่กำหนดไว้ล่วงหน้า
พวกเขาพบว่าเมล็ดธัญพืชที่เป็นผงเหล่านี้อาจเป็นน้ำตาล และหลังจากการทดสอบหลายครั้ง พวกเขาพิมพ์ 3D แม่แบบน้ำตาลที่มีการแตกแขนงที่กว้างขวางและส่วนที่ยื่นที่ไม่ได้รับการสนับสนุนโดยใช้ส่วนผสมของไอโซมอลต์ ทีมงานได้ร่วมมือกับ สตูดิโอออกแบบ Nervous Systemเพื่อสร้างการออกแบบรูปร่างของเครือข่ายหลอดเลือด
แม่แบบหลอดเลือดต่อไป พวกเขาสร้างเนื้อเยื่อ
โดยเติมช่องว่างรอบแม่แบบน้ำตาลที่พิมพ์ 3 มิติด้วยเจลที่เติมเซลล์ เมื่อเจลที่เติมเซลล์นี้แข็งตัว นักวิจัยละลายแม่แบบโดยใช้น้ำและล้างออก ปล่อยให้ช่องว่างที่เตรียมไว้เพื่อส่งออกซิเจนและสารอาหารไปยังเซลล์
ใช้เวลาเพียงห้านาทีในการสร้างเนื้อเยื่อหลอดเลือดโดยใช้วิธีนี้ เมื่อเทียบกับชั่วโมงหรือวันสำหรับเทคนิคการพิมพ์ 3 มิติทั่วไป สิ่งนี้ทำให้นักวิจัยมีเวลาส่งของเหลวที่มีออกซิเจนและสารอาหารผ่านหลอดเลือด และเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการทำงานของเซลล์เมื่อได้รับจากภาชนะเหล่านี้
รักษาเซลล์ให้มีชีวิตด้วยช่องน้ำตาลเชื่อมด้วยเลเซอร์“จุดสนใจหลักของบทความนี้คือการสร้าง ‘แผนที่’ เชิงพื้นที่ของวิธีที่เซลล์ทำงานโดยพิจารณาจากตำแหน่งที่สัมพันธ์กับเครือข่ายหลอดเลือดที่พิมพ์ 3 มิติ เพื่อหาปริมาณว่าการออกแบบหลอดเลือดนั้นมีประสิทธิภาพหรือประสิทธิผลเพียงใด และจำลองสิ่งที่เราเห็นใน ร่างกาย” Ian Kinstlinger หัวหน้าทีมวิจัย นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาจากห้องทดลองของ Miller ที่ Rice University กล่าว
ผู้เขียนร่วม Sarah Saxton และ Ian Kinstlinger ประสบความสำเร็จในการศึกษาว่าหลอดเลือดที่พิมพ์ 3 มิติสามารถรักษาเซลล์ได้ดีเพียงใด เทคนิคการพิมพ์ 3 มิติของนักวิจัย ซึ่งพัฒนาขึ้นโดยความร่วมมือกับนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยวอชิงตัน ซีแอตเทิลอนุญาตให้พวกเขาควบคุมสภาพแวดล้อมของเนื้อเยื่อที่ได้รับการออกแบบ ซึ่งรวมถึงองค์ประกอบของเนื้อเยื่อ ชนิดของเซลล์ และการไหลเวียนของเลือด เพื่อให้เข้าใจได้ดียิ่งขึ้นว่าเซลล์ยังคงทำงานอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป พวกเขาแสดงให้เห็นว่าหลอดเลือดที่พิมพ์ 3 มิติสามารถรักษาเนื้อเยื่อตับที่มีขนาดใหญ่และหนาแน่นให้มีชีวิตอยู่นอกร่างกายได้อย่างน้อยหนึ่งสัปดาห์
อะไรต่อไปสำหรับเทคโนโลยีนักวิจัยได้ก้าวข้ามความสำเร็จมากมายของวิศวกรรมฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์เพื่อให้งานนี้กลายเป็นความจริง”วัสดุที่ใช้ทำน้ำตาลทำให้เกิดความท้าทายในการผลิตที่สำคัญและจำเป็นต้องมีโซลูชันที่สร้างสรรค์ เช่น การพัฒนาเครื่องจ่ายผงรูปแบบใหม่และระบบควบคุมด้วยเลเซอร์” Kinstlinger กล่าว “แทบไม่มีพิมพ์เขียวสำหรับระบบที่เผาด้วยเลเซอร์แบบโอเพ่นซอร์สที่ทำเองด้วยตัวเอง และไม่มีใครแสดงการเผาด้วยน้ำตาลด้วยเลเซอร์แบบเลือกสรรได้สำเร็จ”
ปัจจุบัน นักวิจัยกำลังทำงานเกี่ยวกับระบบควบคุมด้วยเลเซอร์ที่มีความแม่นยำสูง ซึ่งจะช่วยพวกเขาในการพิมพ์ 3D แม้กระทั่งเรือขนาดเล็ก (ปัจจุบันสามารถพิมพ์ภาชนะที่มีขนาดประมาณ 300 ไมครอน) เพื่อให้หลอดเลือดไปถึงทุกชิ้นส่วนของเนื้อเยื่อที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมและทำให้เซลล์มีชีวิต
Credit : hospitalpoetry.com hotairpress.org hotelacciudaddepamplona.com hpfruit.net hzsychw.com
