18新利最新登入三维生物打印是如何工作的

印刷人体器官的承诺始于1983年,当时查尔斯船体发明有限元。这种特殊类型的印刷依靠激光固化聚合物材料从喷嘴挤压。设计来自工程师的指令,谁会定义一个对象的三维形状在计算机辅助设计(CAD)软件,然后将文件发送到打印机。船体和他的同事们开发了文件格式,称为.stl,携带物体表面的几何信息,表示为一组三角形脸。18luck手机登录

首先,使用的材料在有限元不够坚固的创建持久对象。因此,工程师在早期使用过程严格来建模一个最终产品——汽车的一部分,例如,最终将使用传统技术制造的。整个行业,被称为快速原型,长大在技术,1986年,船体建立3 d系统3 - d打印机制造和材料去。

到1990年代初,3 d系统开始介绍下一代材料—纳米复合材料粉,混合塑料和金属。这些材料更持久,这意味着他们可以产生较强的,可以作为成品坚固的物体,而不是仅仅是成品的踏脚石。

没多久,医学研究人员注意到。的一个器官,而是一个对象拥有一个宽度、高度和深度?不能这样的结构在三维空间中映射?和3 - d打印机不能接收这样的地图,然后呈现器官一样可能呈现一个罩装饰或首饰的吗?这样可以很容易地完成了一个壮举,如果打印机墨盒喷洒出生物材料代替塑料。

科学家们继续寻找这样的材料,到1990年代末,他们已经设计出可行的技术和流程使organ-building成为现实。1999年,威克森林再生医学研究所的科学家们使用了一个3 - d打印机制造人工膀胱的合成支架。然后涂支架与细胞来自患者并成功增长工作机构。生物打印为如此。2002年,科学家印刷一个微型功能肾能够过滤血液和产生尿液,在动物模型。2010年,Organovo——生物打印公司总部设在圣地亚哥——印刷第一血管。

今天,革命仍在继续。占据中心舞台是打印机本身,以及生活的特殊混合油墨中所包含的信息。接下来我们将讨论这两种。

三维印刷发展的想法直接从技术大家都知道:喷墨打印机。看你的惠普或爱普生机器生产打印页面,您会注意到,打印头,由电动机驱动,在水平移动的条带一张纸。当它移动时,油墨储存在一个喷雾筒通过小喷嘴和页面上的瀑布在一系列的好滴。滴建立创建一个图像,使用高分辨率设置存放的墨水比分辨率较低的设置。实现完整的全面覆盖,纸张,打印头下,垂直卷起。

喷墨打印机的局限性是,他们只打印在两个维度——沿着x轴和y轴。3 - d打印机通过添加一种机制来克服这个打印在一个额外的轴,通常在数学应用程序标记z轴。这种机制是一个电梯上下移动平台。通过这样的安排,墨头可以放下材料从一边到另一边,但它也可以存款层垂直电梯将平台下来从打印头。与塑料填充墨盒,打印机将输出一个三维的塑料部件。填充细胞,它将输出一个大规模的细胞。

从概念上讲,生物打印真的是那么简单。在现实中,这是一个更具有挑战性的,因为一个器官包含不止一种类型的材料。因为材料是活组织,它需要得到营养和氧气。为了适应这一点,生物打印公司修改更好地为医学界的3 - d打印机。

如果你撕开生物,我们想做的,你会遇到这些基本部分:

打印头山——生物,打印头安装在一个金属板沿着水平轨道。x轴运动推动金属板(和打印头)从一边到另一边,允许物质沉积在水平方向。

电梯——金属轨道垂直的机器运行,电梯,由z轴电机驱动,上下移动打印头。这个可以堆栈连续层的材料,一个未来。

平台——一个货架底部的器官休息的机器提供了一个平台在生产过程中。平台可以支持一个脚手架,培养皿或板,这可能包含24小萧条将器官组织样本进行药物测试。第三个马达移动平台沿y轴。

水库——水库附加到打印头,打印过程中沉积的生物材料。这些都是相当于你喷墨打印机的墨盒。

打印头/注射器——泵部队从水库穿过一个小喷嘴材料或注射器,定位平台上方。随着材料挤压,形成一层的平台。

三角测量传感器——一个小传感器跟踪每打印头时沿着x - y和z轴。软件与机器打印头的精确位置是已知的整个过程。

微凝胶——与墨水你加载到你家里的打印机,bioink是活的,所以它需要食物、水和氧气才能生存。这个培养环境是由微凝胶——认为明胶富含维生素、蛋白质和其它生命的化合物。研究人员将细胞与印刷前的凝胶或挤压细胞从一个打印头,微凝胶。无论哪种方式,这种凝胶有助于细胞保持悬浮,可以防止它们沉降和凝结。

Bioink器官的组织,组织是由细胞。打印一个器官,一个科学家必须能够存款细胞特定的器官,她希望建立。例如,创建一个肝,她会从肝细胞肝的基本细胞——以及其他支持细胞。这些细胞形成一个特殊的材料称为bioink,这是放置在打印机的水库,然后通过打印头挤压。作为细胞积累的平台,成为嵌入式在微凝胶,他们认为一个三维的形状人体器官。

另外,科学家可以先bioink组成的干细胞印刷过程后,有可能分化成所需的靶细胞。无论哪种方式,bioink只是一个媒介,生物是一个输出设备。接下来,我们将回顾打印器官所需的步骤专门为一个病人。

当研究人员建立了3 - d打印机能够沉淀bioink生活,形成大量的细胞,他们庆祝一个重要的成就。然后他们立即开始处理下一个大问题:生物打印如何产生一个器官为一个特定的人吗?18新利最新登入为此,医疗团队需要收集数据的器官的问题——它的大小,形状和位置在病人的身体。团队成员需要编造bioink使用细胞取自病人。这将确保打印器官将兼容的基因,不会拒绝一旦移植病人的身体。

对于简单的器官,如膀胱、人员不直接打印活组织。相反,他们打印3 d支架由可降解聚合物或胶原蛋白。确定确切的形状的支架,他们首先构建一个三维模型使用计算机辅助设计(CAD)软件。他们通常定义的x, y, z坐标的模型通过扫描病人的使用计算机断层扫描(CT)或磁共振成像(MRI)技术。

接下来,研究人员得到他们需要的细胞通过活检患者的膀胱。然后把细胞样品,一种文化,在那里繁殖到足够数量足够大的脚手架,它提供了一个临时的基质细胞坚持组织和加强。播种脚手架需要耗费时间和艰苦的手工吸管。它通常需要大约八周之前这样的人工膀胱准备植入。当医生终于把病人的器官,脚手架已经消失或手术后不久就消失了。

上面的程序工作因为膀胱组织只包含两种类型的细胞。器官,如肾脏和肝脏有更复杂的结构和更大的细胞类型的多样性。虽然会容易打印一个脚手架,这将是几乎不可能手动重建组织的三维结构。然而,生物是非常适合完成这种18新利最新登入耗时的,注重细节的任务。

这里有打印的步骤复杂的器官:

这个过程的最后一步——打印器官细胞像原生细胞已具有挑战性。一些科学家建议生物打印完成病人的干细胞。后存入所需的三维空间,他们就会分化成成熟的细胞,与所有的指令如何“行为”。18新利最新登入Then, of course, there's the issue of getting blood to all of the cells in a printed organ. Currently, bioprinting doesn't offer sufficient resolutions to create tiny, single-cell-thick capillaries. But scientists have printed larger blood vessels, and as the technology improves, the next step will be全功能的替代器官,完整的存活所需的血管化和健康。新利国际网站品牌官网

在刚出版的时候,外科医生没有植入器官打印从头到人类。这并不意味着没有成功。替换部分的骨架是由三维打印了一个领域。现在一些牙医intra-oral扫描病人的牙齿和扫描发送到实验室,时尚瓷桥使用3 - d打印机。假体制造商也已经改变了他们的方法来设计假肢。现在,许多能够打印三点——假肢包括模具完全一个人的解剖,让穿着者更加舒适健康。这些只是序幕的未来可能持有:印刷的整个身体骨骼的位置。医生在荷兰已经创建了一个降低3 - d打印机和下颌骨植入下巴——由bioceramic-coated钛在病人患有慢性骨感染。

科学家也成功打印软骨结构,如耳朵和气管。前,工程师们把3 d扫描病人的耳朵,使用CAD软件设计一个模具,然后打印出来。然后他们用软骨细胞和胶原蛋白注射模具。在孵化器里待上一段时间后,耳朵出来,准备对病人。气管可以用类似的方式。在2012年,医生在密歇根大学的印刷的袖子,用3 d模型生成从CT扫描,包装和支持婴儿的气管,已呈现弱和软盘罕见的缺陷。

当然,圣杯是一个打印的器官,皮肤——人体最大的器官——可能是列表中的第一项。威克森林再生医学研究所的研究人员已经开发出一个完整的系统打印皮肤移植。系统包括一个扫描仪映射一个病人的伤口和专用喷墨打印机,铺设了细胞,形成人体皮肤所需蛋白质和酶。目标是构建便携式打印机用于野战医院,那里的医生可以直接输出的皮肤上的病人。

直到这些奇迹在线三维器官将扮演重要的角色在教育和药物开发。他们甚至可能因素为食品和服装产品的开发(人造肉和皮革)。一些医学院校投资于3 d印制技术创造器官手术模型从CT或MRI图像。这可以让学生练习心脏,肝脏和其他结构,外观和感觉就像真的一样。获得这样的逼真的组织也好处制药公司,这可以测试候选药物的影响。Organovo的房子几个打印机能够打印出的三维模型肝脏,肾脏和癌症组织。这些不是全部器官为了活下去。相反,他们“器官芯片”——小,生物活性组织样本设计原生组织会做出反应。

也许有一天,生物打印会使任何人维克多弗兰肯斯坦,能够打印出器官,骨骼和肌肉,组装成一个合理的人类的传真。再一次,有一个神经系统的问题。即使是最好的扫描仪、打印机、墨水和凝胶将功亏一篑时重新创建一个思考,大脑做梦。没有,我们的努力会让我们的集合在解剖学上正确的,三维的准确的器官,但无法控制它们。