3D nyomtatók gyógyászati felhasználása és típusai

 Hattengelyű nyomtató (six-axis printer): A Louisville-i Egyetem, kardio-vaszkuláris kutatócsoportja használ nyomtatót, mely ahelyett, hogy a formát alulról-felfelé rétegenként építené fel, ahogyan azt a hagyományos 3D-s eljárásoknál megszokhattuk, a nyomtató képes különböző részeket előállítani minden irányból körüljárva a mintát. A nyomtató képest egy teljesen új külső réteget készíteni az addig elkészült minta felületére minden irányból.

Ez az eljárás sokat segíthet a szövetekhez, szervekhez csatlakozó különböző erek kialakításához

Az egészségiparban a legsokrétűbb felhasználási alternatívát kínáló, ugyanakkor a hagyományos 3D nyomtatásnál jóval bonyolultabb módszer a Bio-nyomtatás. Az eljárás lehetőséget kínál ún. Bioanyagok (Biomaterials) nyomtatására az egyszerű szövetektől a bonyolultabb szervekig (lágy szövetek, csontok stb). A különböző csontpótlásoktól, kezdve fémből és különböző polimerek felhasználásával készült a sebészeti kiegészítő eszközön át, az élő sejtek felhasználásával nyomtatott humán szövetekig láthatunk kísérletek, melyek alkalmazhatósága nagyon gyorsan fejlődik. 

Ahelyett, hogy bonyolult számítástechnikai algoritmusok segítségével tervezzenek szövet modelleket, a kutatók CT és MRI felvételeket használhatnak a nyomtatás tervezésekor. Sok esetben ezek a nyomtatott szervek nem funkcionálisan értékesek, hanem például egy bonyolultabb műtétet megelőzően a képalkotó eljárások segítségével előállított modellt a sebész csoport előre tanulmányozhatja, jóval a beavatkozás előtt. Sok weblap nyújt összefoglalót ezeknek a képalkotó eljárások által szolgáltatott képi információ 3D printelésben történő felhasználására.

Részletes magyarázatot mutat be az Organovo cég által a 3D bioprinting eljárás. Alapvetően a szövet megtervezése után a cég előállítja a szükséges „bio-tintát" ("bio-ink") (Stanton M.M. és mtsai, 2015) a szükséges sejtek felhasználásával. A bioprinter segítségével a sejteket speciális vízbázisú rétegek közé rétegzik egymásra, amíg ki nem alakul a kívánt szövet. Ez a hidrogél a sejteket tartalmazó rétegek között tartja a 3D szövetmátrixot és tölti be az esetleges hiányosságokat a szövetben. A sejtek összetartására kollagén is használatos. Ez az ún. „layer by layer" rétegzéses technika nagyon hasonló a normál 3D nyomtatás folyamatához, ahol a tárgyak alulról felfelé haladva épülnek fel.

Erre az eljárásra példa az Organovo vállalat által kifejlesztett, speciális bioprinter, (Leckhardt S., 2013) amelynek segítségével a vállalat májszövet létrehozásával kísérletezett. Gömbszerű parenchymális (vagy más alapvető) májsejteket töltöttek egy fecskendőbe. Egy másik fecskendőbe nonparenchymális májsejteket valamint hidrogélt töltöttek (Ananthanarayanan A., 2011), ami biztosítja a szövet tartását, fúzionálja sejteket. Ez a biológiai tinta (bio-ink) alakítja ki a térbeli mintát a petricsészében, melyet a sejtek később teljes egészében kitöltenek. Ezek után az inkubátorban a sejtek teljesen összenőnek, kialakítva a májszövetet.

További lehetőségek rejlenek az őssejtek felhasználásában bioprinting folyamatokban. Mivel az őssejtek könnyen adaptálódnak szövetekhez, alkalmazásuk kézenfekvő lehetőséget jelent a különböző szövetek (Falguni P. és mtsai, 2015), csontok nyomtatására. A Nottinghami Egyetem (Lumb D., 2013) kutatói őssejtekkel bevont csontpótlásokat alakítottak ki, mely idővel szövetté fejlődik. Jelenleg nehéz hatékonyan alkalmazni őssejteket bonyolultabb komplex szövetek, szervek mint szív, vagy máj javítására, de a bionyomtatás jelenthet bizonyos új irányokat, lehetőségeket.

Noha legtöbbször az élő sejtek nyomtatásáról és a velük való kísérletezésről olvasunk, sokan alkalmaznak kutatásaik során biodegradábilis vagy biokompatibilis anyagokat (August A.D. és mtsai, 2006), amelyek használhatók különböző testrészek korrekciójára, illetve felépítésére. Az olyan anyagok nyomtatása, amely javíthat a csontok, porcok és a bőr szerkezetén, fontos a jövő technológiájában. Sokféle anyag használatos a felhasználási terület függvényében a rugalmas műanyagtól titán porig, amelyet például állkapocsimplantátum (Dybuncio M., 2012) kialakítására alkalmaztak már.

Forrás: wikipédia

Kép: dw.com