Biodruk 3D: Cena przełomowej technologii

Myśl o wykorzystaniu druku 3D do przeszczepów organów wydaje się futurystyczna, ale dzięki postępowi technologii i medycyny jest to w dużej mierze osiągalne w dzisiejszym świecie. Dzięki dalszym badaniom i inwestycjom rządowym oraz prywatnym inwestorów, przyszłość medycyny i transplantacji to organy drukowane w 3D.

Z biegiem czasu liczba osób oczekujących na przeszczep serca, nerki lub wątroby jest większa niż liczba organów gotowych do użycia. To sprawiło, że wiele osób czeka latami, aż ktoś zrezygnuje ze swoich organów. Ten poważny problem jest sednem systemu organów drukowanych w 3D.

Chociaż system drukowania organów 3D jest wciąż w fazie rozwoju, dostępne są już drukarki, które są używane do wypełnienia luki powstałej w wyniku oczekiwania na ludzkie organy, zanim przeszczep będzie możliwy. Technologia drukowania organów 3D polega na drukowaniu rusztowań na komórkach, które z czasem rozrastają się do pełnych rozmiarów organów.

Chociaż ta technologia stopniowo staje się akceptowalna w dziedzinie medycyny i biologii, zazwyczaj nie jest to tania procedura. Wiele osób zadaje sobie pytanie, ile kosztuje organ drukowany w 3D, a to wydaje się odsuwać na bok samą ideę wypróbowania tej metody.

W tym artykule omówimy użyteczność drukowania organów 3D w medycynie, koszt procedury, a także jej zalety i wady. Najpierw dowiedzmy się, czym jest drukowanie organów 3D.

Czym jest biodruk 3D?

Drukowanie organów 3D jest czasami opisywane jako biodruk 3D i obejmuje szereg procesów mających na celu stworzenie ludzkich organów, które mogą być wykorzystane do przeszczepów zamiast tradycyjnego sposobu pobierania ludzkiego organu i umieszczania go w innym. Organy drukowane tą metodą określa się mianem „organów inżynieryjnych”.

Mimo że technologia drukowania organów 3D istnieje już od kilku lat, wciąż trwają intensywne badania nad jej udoskonaleniem w biologii i zastosowaniu medycznym. Jednak odnotowano udane zastosowanie biodruku 3D.

Jak działa biodruk 3D?

Proces biodrukowania, czyli drukowania organów 3D, obejmuje wykorzystanie komórek, które są hodowane w celu wzrostu i ostatecznie tworzą organy gotowe do przeszczepu. Kroki procesu biodrukowania 3D muszą być starannie wykonywane przez doświadczonych naukowców. Kroki te przedstawiono poniżej:

Tworzenie modelu

Podobnie jak w przypadku normalnego procesu drukowania 3D, metoda biodrukowania również zaczyna się od stworzenia modelu cyfrowego, który jest następnie drukowany w obiekt fizyczny, ale o wyższej rozdzielczości i strukturze matrycy niż w przypadku korzystania z termoplastów. Proces drukowania modelu cyfrowego przebiega warstwa po warstwie, nawet w przypadku drukowania organów.

Drukowanie

Gdy model cyfrowy proponowanego organu do wydrukowania zostanie przygotowany, jest on wysyłany do drukarki, która została już wysterylizowana. Naukowcy często używają bioatramentu do drukowania tych organów. Odbywa się to poprzez umieszczenie bioatramentu w kartridżu drukarki w celu wydrukowania fizycznej kopii organu 3D, który został już utworzony cyfrowo.

Po drukowaniu

Po zakończeniu procesu drukowania organ, który został wydrukowany, jest następnie stymulowany i testowany mechanicznie i chemicznie, aby wykazać jego funkcjonalność przed użyciem. Przed wszczepieniem wydrukowanych organów biorcy należy sprawdzić, czy jest on odpowiedni dla pacjenta, aby zapobiec problemom związanym z odrzuceniem przeszczepu.

Wzrost organu

Gdy potrzebny organ zostanie wyhodowany w kulturze, należy mieć wystarczającą ilość komórek, aby go pokryć, i to właśnie tam można wykorzystać rusztowanie. Organ rośnie nadal, aż dojrzeje do funkcjonującego organu, który można następnie wszczepić.

W przypadku bardzo złożonych organów naukowcy mogą korzystać ze skanów CT i MRI bez rusztowań, aby zbudować organy specyficzne dla danych pacjenta. Po utworzeniu organ umieszcza się w inkubatorze, aby umożliwić mu połączenie się i stać się użytecznym do implantacji.

Koszt drukowania organów 3D

Nawet jeśli ta najnowocześniejsza technologia wydaje się być rozwiązaniem dla wielu osób, które chcą jak najszybciej dokonać przeszczepu organu, procedura ta nie jest tania. Wraz z ciągłym ulepszaniem systemu technologicznego rośnie również cena jego wykonania. Rośnie również koszt materiałów potrzebnych do biodrukowania organów.

Większość biodrukarek używanych do drukowania organów 3D może kosztować średnio 100 000 dolarów, podczas gdy żywe tkanki można drukować za około 1 000 dolarów. Powodem wysokiego kosztu drukowania organów jest fakt, że badania wymagają dużo czasu, a także wymagania dotyczące wysoko wykwalifikowanych i profesjonalnych operatorów, którzy będą pracować nad zapewnieniem powodzenia procesu.

Wprowadzenie technologii drukowania organów 3D na rynek kosztowało firmy miliony dolarów, a fundusze pozyskiwano od prywatnych inwestorów i z innych rodzajów dotacji. W konsekwencji odnotowano straty operacyjne podczas testów, a nawet w oczekiwaniu na zatwierdzenie przez niezbędne agencje regulacyjne.

Zalety i wady biodrukowania organów 3D

Biodrukowanie to zaawansowana technologia, która może uratować miliony istnień pacjentów oczekujących na dawców organów. Ponieważ organów, zwłaszcza serca, nie można pobrać od żywej osoby, to właśnie było przyczyną śmierci wielu osób. Biodrukowanie organów ma na celu rozwiązanie tego problemu w dziedzinie medycyny poprzez wykorzystanie najnowocześniejszej technologii do drukowania organów. Oto niektóre z zalet i wad związanych z wykorzystaniem drukowania organów 3D w medycynie.

Zalety biodrukowania 3D

• Nie ma potrzeby przeprowadzania testów na zwierzętach, ponieważ drukowane organy są kompatybilne i zostały już przetestowane przed drukowaniem.
• Organy drukowane w 3D są budowane szybciej i stają się bardziej niezawodnym sposobem implantacji w celu ratowania życia.
• Organy drukowane w 3D są zdrowe i bezpieczne w użyciu, a także, jak wykazano, poprawiają wydajność człowieka.
• Istnieje mniejsze prawdopodobieństwo odrzucenia organu przez układ pacjenta po przeszczepie.
• Technologia drukowania organów 3D może być wykorzystana do drukowania mocnych kości, a także do wzmocnienia funkcjonalności tkanek.
• Zwiększenie poziomu tlenu we krwi poprzez poprawę pojemności płuc.
• Biodrukowanie organów skraca czas oczekiwania i zmniejsza ryzyko dla życia dawców.
• Handel ludzkimi organami może być w znacznym stopniu kontrolowany, jeśli dostępnych będzie wystarczająco dużo organów drukowanych w 3D.

Wady biodrukowania organów 3D

• Procesy drukowania organów 3D mogą negatywnie wpływać na środowisko poprzez uwalnianie szkodliwych cząstek do atmosfery.
• Obecnie toczą się debaty dotyczące kwestii etycznych związanych z procesami biodrukowania.
• Podwyższony koszt materiałów używanych w procesach biodrukowania.
• Wciąż istnieje potrzeba przeprowadzenia dalszych badań, zanim organy drukowane w 3D zostaną w pełni uznane za nadające się do ciągłego użytkowania.
• Może wystąpić brak precyzji w rozmieszczeniu kropli i rozmiarze drukowanych organów.
• Drukowanie organów 3D wymaga sporej ilości energii.

Czy doszło już do udanego przeszczepu organu drukowanego w 3D?

Dziedzina medycyny odnotowała już wielki sukces w zastosowaniu organu drukowanego w 3D do przeszczepu u człowieka. Pierwszym i jedynym udanym organem drukowanym w 3D użytym do przeszczepu jest pęcherz.

Ten przeszczep organu 3D został przeprowadzony w 1999 roku i został stworzony przez grupę naukowców z Wake Forest Institute for Regenerative Medicine. Proces polegał na pobraniu tkanki z ludzkiego pęcherza pacjenta, która została wydrukowana, a następnie wykorzystana do pokrycia komórek pacjenta przed wszczepieniem.

W ten sposób organ, pęcherz, mógł rosnąć i zostać wyhodowany do pełnego organu. Procedura ta została przeprowadzona z powodzeniem i od tego czasu stała się kamieniem milowym dla dalszych badań dotyczących technologii drukowania organów 3D w medycynie i nauce. Wcześniej z powodzeniem wykorzystano technologię biodruku 3D do stworzenia pęcherza (1999), protezy nogi (2008), szczęki (2012) i skóry (2018). Jeden z pacjentów, u którego wykonano przeszczep pęcherza metodą biodruku 3D, poinformował, że jego narząd po wykonaniu biodruku jest nadal w pełni funkcjonalny dziesiątki lat po przeszczepie.

Inne medyczne zastosowania druku 3D

Dziedziny medycyny i biomedycyny wykorzystują technologię druku 3D do ulepszania medycyny i leków do użytku ludzkiego, co jest stale ulepszane z biegiem lat. Oprócz wykorzystania druku 3D w drukowaniu organów, istnieją inne zalety stosowania technologii druku 3D. Wymieńmy niektóre z nich:

• Fabrykacja tkanek i organów
• Tworzenie spersonalizowanych protez, implantów i modeli anatomicznych
• Badania nad lekami i farmaceutykami
• Dostosowanie i personalizacja niektórych ważnych produktów medycznych.
• Poprawa wykorzystania i wydajności sprzętu.
• Zwiększona produktywność opieki medycznej, między innymi.

Wnioski

Dzięki bardziej zaawansowanym badaniom i rozwojowi, drukowanie organów 3D z pewnością uratuje przyszłość przeszczepów organów. Byłaby to bezpieczniejsza i tańsza metoda przeszczepiania organów, gdyby więcej inwestorów i rząd było łatwo dostępnych do współpracy z badaniami. Obecnie drukowanie organów 3D może wydawać się nieprzystępne dla przeciętnego człowieka, ale z czasem i po wielu latach badań, drukowanie organów 3D jest krokiem naprzód w medycynie.

Często zadawane pytania (FAQ)

Ile kosztuje biodrukarka 3D?

Biodrukarki 3D mogą kosztować średnio około 100 000 dolarów.

Ile kosztuje wydrukowanie żywej tkanki w 3D?

Wydrukowanie żywej tkanki w 3D może kosztować około 1 000 dolarów.

Czy biodruk 3D jest bezpieczny?

Tak, biodruk 3D organów jest uważany za bezpieczny. Organy drukowane w 3D są testowane i projektowane tak, aby minimalizować ryzyko odrzucenia przez organizm biorcy.

Jakie organy można drukować w 3D?

Obecnie prowadzone są badania nad drukowaniem w 3D różnych organów, w tym pęcherza, skóry, kości, chrząstek, a nawet serca i nerek. Pęcherz jest pierwszym i jedynym organem, który został z powodzeniem przeszczepiony po wydrukowaniu w 3D.

Czy biodruk 3D jest dostępny?

Technologia biodruku 3D jest wciąż w fazie rozwoju, ale poczyniono już znaczące postępy. Obecnie nie jest jeszcze powszechnie dostępna, ale ma ogromny potencjał, aby stać się przyszłością transplantologii.

Jeśli chcesz poznać inne artykuły podobne do Biodruk 3D: Cena przełomowej technologii, możesz odwiedzić kategorię Edukacja.