بهار نیوز - ساخت اعضای بدن با چاپگر سهبعدی /تصاوير

گروه فناوري: پرینترهاى سه بعدى توانایى ساخت ابزار، کیف، کفش، مجسمه و اعضای بدن را دارند اما در این گزارش شما شاهد اعضای بدنی هستید که با چاپ سه بعدی ساخته شده‌اند.

با توسعه فناوری چاپ سه بعدی همه تصورات می‌تواند به واقعیت بپیوندد؛ چاپ سه‌بعدی یک عرصه جدید علمی است که محققان اعتقاد دارند دارای پتانسیل قابل توجهی برای رشد و توسعه است. چاپگرهای سه بعدی نسبتا ارزان قیمت هستند و بدون نیاز به یک اهدا‌کننده و یا کارخانه تولید اجزای مصنوعی با هر نوع طراحی قابل برنامه‌ریزی هستند.

گوش
گوش مصنوعی چاپ 3بعدی ظاهر و عملکردی مشابه یک گوش معمولی انسان دارد که می‌تواند جایگزین گوش در بیماران مختلف شود. یک تصویر 3 بعدی دیجیتال از گوش تهیه و به چاپگر 3بعدی برای تولید قالب شکل گوش داده می‌شود؛ سپس ژل ساخته شده سلول‌های زنده گوش گاو و کلاژن به داخل قالب تزریق می‌شوند؛ کل این فرآیند 2روز به طول می‌انجامد که شامل طراحی، چاپ، تزریق ژل و خشک شدن به مدت 15 دقیقه است؛ سپس گوش مصنوعی تولید شده به پشت موش پیوند زده می‌شود که ظرف سه ماه غضروف کاملا رشد کرده و بزرگ می‌شود.

گوش مصنوعی می‌تواند برای بد شکلی گوش موسوم به میکروتیای مادرزادی که دارای گوش درونی هستند اما بخش خارجی از جمله لاله گوش رشد کامل نداشته است، بیماران مبتلا به سرطان یا تمامی افرادی که به دلیل تصادف قسمتی از گوش خارجی خود را از دست داده‌اند مورد استفاده قرار بگیرد. 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.

چشم
طراحی چشم مصنوعی دست‌ساز بسیار زمان‌بر بوده و هزینه تولید هر چشم حدود 4 هزار و 900 دلار است اما با کمک فناوری چاپ 3 بعدی می‌توان در مدت 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 انعطاف‌پذیر تولید می‌شوند که از چشم محافظت می‌کند؛ روش ساخت چشم با فناوری چاپ 3بعدی بویژه در بخش طراحی سفارشی عنبیه هنوز بطور کامل تکمیل نشده است.

قلب
محققان دانشگاه مهندسی دانشگاه «لوییویل» آمریکا توانستند یک مدل قلب را به صورت 3بعدی چاپ کنند که با کمک آن پزشکان آمادگی بیشتری برای عمل جراحی یافتند؛ این محققان با استفاده از سی‌تی اسکن‌های قلب یک بیمار که از بدو تولد از چهار مشکل قلبی رنج می‌برد، نمونه از قلب وی را با اندازه واقعی تولید کردند.

این مدل در سه قسمت و از جنس رشته‌های قابل انعطاف ساخته شده است. تولید آن حدود 20 ساعت زمان برده و 600 دلار هزینه داشته است. مریضی 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 سه‌بعدی 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 و عملکردی مشابه کلیه واقعی تولید کرده‌اند. این فناوری شامل تولید کلیه و سایر نسخه‌های مینیاتوری اندام با کمک سلول‌های انسانی و چاپگر 3 بعدی است؛ تولید نسخه بزرگ‌تر کلیه چاپ 3 بعدی می‌تواند جایگزین مناسبی برای بیماران دچار نارسایی کلیوی باشد.

رگ‌های خونی
محققان برای چاپ ساختارهای بافت 3 بعدی با الگوهای از قبل تعیین شده، به جوهرهای عملکردی با خواص زیستی مفید نیاز داشتند؛ از این رو جوهرهای سازگار با بافت متعددی ساختند که حاوی مواد لازم و مغذی برای بافت زنده باشد. آنها برای خلق رگ‌های خونی جوهری ساختند که در صورت خنک شدن جاری می‌شود.

این امر به دانشمندان کمک کرد که یک شبکه درون متصل از رشته‌ها را چاپ کنند. سپس شبکه را با خنک‌سازی ماده ذوب کرده و مایع آن را برای خلق شبکه‌ای لوله‌های تو خالی یا همان رگ‌ها به بیرون بکشند. آنها بافت 3‌بعدی را با انواعی از معماری‌ها چاپ کردند و به بافتی دست یافتند که شامل الگوی پیچیده، رگ‌های خونی و 3 نوع مختلف از سلول‌هاست.

در واقع ساختاری که به تولید بافت‌های جامد پیچیده نزدیک می‌شود. وقتی این بافت به سلول‌های اندوتلیال در شبکه رگی ترزیق شدند، سلول‌ها خط عروق خونی دوباره رشد کردند. زنده نگه‌داشتن سلول‌ها و رشد در ساختار بافت نشان‌دهنده پیشرفت مهمی به سوی چاپ بافت انسانی است.

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 اثرات و شکاف‌های قابل توجهی در صورت وی بوجود 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 و 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 اندازه‌گیری روی صورت بیمار قرار دادند که این تکنولوژی برای جراحان در خصوص بازسازی صورت مفید بود. این عملیات توسط جراحان بیمارستان «موریستون» در «سوانسی» و دانشگاه «کاردیف» انجام شد که در حال حاضر پزشکان بر این باورند که نتیجه کاملا بی نقص نیست اما انتظار می‌رود در آینده بهبود پیدا می‌کند.

استخوان
دانشمندان استرالیایی چاپگر 3بعدی طراحی کرده‌اند که می‌تواند لایه‌های سلول بافت را بر روی استخوان آسیب دیده افزوده و با اعصاب و عضلات موجود در آن نیز ترکیب شود. جراحان می‌توانند از این وسیله دستی برای رسم کردن بخش‌های آسیب دیده استخوان استفاده کنند، این به این معنی است که جراحان می‌توانند بجای هفته‌ها انتظار برای رشد بافت جایگزین، کاشت‌های اختصاصی را در طول عمل جراحی، طراحی کنند.

این قلم به شیوه مشابه چاپگرهای زیستی، لایه‌های سلول و آلژینات یا عصاره جلبک دریایی را چاپ کرده و سپس آنها در یک ژل محافظ پوشش می‌دهد. دو لایه از ماده با یکدیگر در نوک قلم زیستی مخلوط شده و جراحان می‌توانند از این ترکیب برای پر کردن بخش‌های آسیب‌دیده استخوان استفاده کنند.

هنگامی که این ترکیب بر روی استخوان کشیده می‌شود، یک نور فرابنفش آن را خشک کرده و جراح می‌تواند لایه‌های سلول را تولید کنند. این سلول‌ها سپس تکثیر شده و در نهایت به سلول‌های بافت عصب‌ها یا عضلات می‌پیوندند.

پوست
محققان ابتدا از اسکن‌ها و نقشه‌های سه بعدی برای مشخص شدن وضعیت زخم بیمار استفاده کردند. دریچه یک چاپگر آنزیم ترومبین و چاپگر دیگر سلو‌ل‌های آمیخته شده با کلاژن و فیبرینوژن خارج می‌دهد، پس از آن چاپگر یک لایه از فیبروبلاست انسانی و یک لایه از سلول‌های پوستی انسانی را که کراتینوسیت نامیده می‌گردد روی هم قرار می‌دهد. برای پیوندهای پوست سنتی جراح پوست را از یک قسمت بدن گرفته و آن را به قسمت دیگر پیوند می‌دهد.

محققان موسسه ویگ فارست امیدوارند بتوانند این روش را به قدری توسعه دهند که چاپ پوست تازه به طور مستقیم برای زخم امکان‌پذیر باشد. آنها 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 بوده اما جوئل گیبارد، کارشناس رباتیک 23 ساله توانسته یک روش جایگزین برای کاهش هزینه‌ها تا 600 پوند ارائه کند. یک دانشجوی فارغ التحصیل مهندسی به ابداع دست توسط یک چاپگر 3 بعدی پرداخته است که کاملا کاربردی و مشابه دست انسان کار کرده و به جای عضلات از موتورهای الکتریکی و به جای تاندون‌ها از کابل‌های فولادی استفاده کرده است.

این دست که از ماده مشابه مواد لگو ساخته شده، می‌تواند بدون اتصالات سفارشی مورد استفاده قرار بگیرد. هر انگشت بطور جداگانه از مفصل برخوردار بوده و این دست مصنوعی می‌تواند اجسام با اندازه‌ها و شکل‌های مختلف را نگه‌ دارد. بخش‌های پلاستیکی چاپ سه بعدی مانند استخوان کار کرده و یک پوشش لاستیکی به عنوان پوست عمل می‌کند.

چاپ هر دست حدود هشت ساعت طول می‌کشد. اگر چه این فناوری از حس‌گر برخوردار نبوده اما می‌تواند میزان مقاومت روی هر انگشت را شناسایی کرده و برای مثال یک تخم‌مرغ را بدون شکستن آن نگهدارد. این دست از چنگال محکمی برخوردار بوده اما به قدرت دست خود انسان نیست. برای مثال این دست می‌تواند یک فنجان کاغذی را خورد کند اما قابلیت له کردن یک قوطی فلزی را ندارد.