Что не может построить 3D-принтер? Количество возможных ответов на этот вопрос в последние годы сократилось в геометрической прогрессии, поскольку высокотехнологичные машины продолжают производить твердый объект за объектом в результате компьютерных разработок.
Только за последние несколько месяцев появилось бесчисленное множество новых продуктов и прототипов, охватывающих целый ряд отраслей, от футбольных бутсов и ручек до стальных деталей ракет и орудий. В прошлом месяце технология помогла заменить 75 процентов поврежденного черепа человека, а на этой неделе она восстановила лицо человека после того, как четыре года назад он потерял половину из-за рака.
Сегодня новое исследование предполагает, что материал, напечатанный в 3D, может однажды имитировать поведение клеток в тканях человека. Аспирант Габриэль Вильяр и его коллеги из Оксфордского университета разработали крошечные твердые частицы, которые ведут себя так же, как и биологические ткани. Тонкий материал физически напоминает мозг и жировую ткань и имеет консистенцию из мягкой резины.
Для создания этого материала специально разработанная 3D-печатная машина следовала компьютерной схеме и выбрасывала десятки тысяч отдельных капель в соответствии с заданной трехмерной сетью. Как видно из видео выше, его сопла перемещались под разными углами, чтобы установить положение каждого крошечного шарика. Каждая капля весит примерно один пиколитр - это одна триллионная часть литра - прибор, используемый для измерения размера капель струйных принтеров, чья технология сопел работает почти так же, как объединение крошечных точек жидкости в полные изображения и слова на бумаге.
Капли жидкости содержали биохимические вещества, обнаруженные в клетках ткани. Покрытые липидами - жирами и маслами - крошечные водные отсеки слипались, образуя сплоченную и самоподдерживающуюся форму, причем каждый шарик разделен тонкой единственной мембраной, похожей на липидный бислой, защищающий наши клетки.
Несколько 3D-печатных капельных сетей. Изображение предоставлено Габриэлем Вильяр, Александром Д. Грэмом и Хаганом Бэйли (Оксфордский университет)
Формы, которые сформировали напечатанные капли, оставались стабильными в течение нескольких недель. Если исследователи слегка встряхнут материал, капли могут сместиться, но только на время. Разработанная ткань быстро вернулась к своей первоначальной форме, уровень эластичности, по словам исследователей, сравним с клетками мягких тканей человека. Сложная решетка липидных бислоев сети, казалось, скрепляла «клетки».
В некоторых капельных сетях 3D-принтер встраивал поры в липидную мембрану. Отверстия имитируют белковые каналы внутри барьеров, которые защищают реальные клетки, фильтруя молекулы, важные для клеточной функции внутри и снаружи. Исследователи ввели в поры тип молекулы, важный для межклеточной коммуникации, который доставляет сигналы многочисленным клеткам для их функционирования. вместе как группа. В то время как 3D-печатный материал не может точно воспроизвести, как клетки распространяют сигналы, исследователи говорят, что движение молекулы по определенным путям напоминало электрическую связь нейронов в ткани мозга.
Вода легко проникала в мембраны сети, даже когда поры не были встроены в ее структуру. Капли разбухали и сжимались в процессе осмоса, пытаясь установить равновесие между количеством воды, которое они содержали, и количеством, окружающим их снаружи. Движения воды было достаточно, чтобы поднять капли против силы тяжести, вытягивая и складывая их, имитируя мышечную активность в тканях человека.
Исследователи надеются, что эти сети капель могут быть запрограммированы на выпуск лекарств после физиологического сигнала. Печатные клетки могут когда-нибудь также быть интегрированы в поврежденную или поврежденную ткань, обеспечивая дополнительные строительные леса или даже заменяя неисправные клетки, возможно, даже вытесняя некоторые из 1, 5 миллионов трансплантаций тканей, которые проводятся в Соединенных Штатах каждый год. Потенциал кажется наибольшим для трансплантации мозговой ткани, поскольку инженеры-медики в настоящее время пытаются выращивать клетки мозга в лаборатории для лечения прогрессирующих заболеваний, таких как болезнь Хантингтона, которая медленно разрушает нервные клетки.
Будь то выращивание человеческих тканей или целых ушей, технология 3D-печати находится в самом разгаре в области медицины, и бесчисленные исследователи, без сомнения, вскочат на подножку в ближайшие годы.
