Какво не може да изгради 3D принтер? Броят на възможните отговори на този въпрос се е свил експоненциално през последните години, тъй като високотехнологичните машини продължават да изтласкват твърд предмет след обект от компютърните дизайни.
Само през последните няколко месеца видях безброй нови продукти и прототипи, обхващащи редица индустрии, от футболни клетки и химикалки до стоманени ракетни части и пистолети. Миналия месец технологията помогна да се заменят 75 процента от увредения череп на човек, а тази седмица възстанови лицето на мъжа, след като той загуби половината от рака преди четири години.
Днес ново проучване предполага, че 3D отпечатаният материал може един ден да имитира поведението на клетките в човешката тъкан. Аспирантът Габриел Вилар и неговите колеги от Оксфордския университет разработиха малки частици, които се държат като биологична тъкан. Деликатният материал физически прилича на мозъчна и мастна тъкан и има консистенцията на мека гума.
За да създадете този материал, специално проектирана машина за 3D печат последва компютърно програмирана схема и изхвърля десетки хиляди отделни капчици според определена триизмерна мрежа. Както се вижда във видеото по-горе, дюзите му се движат под различни ъгли, за да се установи положението на всяко мънисто топче. Всяка капчица тежи около един пиколитер - това е една трилионна част от литър - единица, използвана за измерване на размера на капчиците мастиленоструйни принтери, чиято технология на дюзите работи почти по същия начин за консолидиране на малки точки течност в цялостни изображения и думи на хартия.
Капките течност съдържат биохимикали, открити в тъканите на клетките. Покрити с липиди - мазнини и масла - малките водни отделения се слепват, образувайки сплотена и самоносеща се форма, като всяко зърно е разделено на тънка, единична мембрана, подобна на липидните двуслойности, които защитават нашите клетки.
Няколко 3D-отпечатани мрежи от капчици С любезното съдействие на Габриел Вилар, Александър Д. Греъм и Хаган Бейли (Оксфордски университет)
Формите, които образуваха отпечатаните капки, останаха стабилни в продължение на няколко седмици. Ако изследователите разклатиха материала леко, капчиците могат да се изместят, но само временно. Инженерната тъкан бързо се върна в първоначалната си форма, ниво на еластичност, за което изследователите твърдят, че е сравнимо с клетките на меките тъкани при хората. Сложната решетъчна мрежа на липидните двуслойни мрежи изглежда да държи „клетките“ заедно.
В някои от капковите мрежи 3D принтерът вгражда пори в липидната мембрана. Дупките имитираха протеинови канали вътре в бариерите, които защитават истинските клетки, филтриращи молекули, важни за функционирането на клетките навътре и извън. Изследователите инжектираха в порите вид молекула, важна за комуникация между клетките, която доставя сигнали до много клетки, така че те да функционират заедно като група. Докато 3D-отпечатаният материал не може точно да възпроизведе как клетките разпространяват сигнали, изследователите казват, че движението на молекулата през определени пътища прилича на електрическата комуникация на невроните в мозъчната тъкан
Водата лесно прониква в мембраните на мрежата, дори когато порите не са вградени в нейната структура. Капчиците набъбнаха и се свиха от процеса на осмоза, опитвайки се да установят равновесие между количеството вода, което съдържат, и количеството, което ги заобикаля отвън. Движението на водата беше достатъчно за повдигане на капчиците срещу гравитацията, издърпването и сгъването им, имитирайки мускулна дейност в човешката тъкан.
Изследователите се надяват, че тези капкомерни мрежи могат да бъдат програмирани да отделят лекарства след физиологичен сигнал. Отпечатаните клетки някой ден могат също да бъдат интегрирани в повредена или повредена тъкан, осигурявайки допълнително скеле или дори да заменят неизправни клетки, може би дори да измести някои от 1, 5 милиона тъканни трансплантации, които се извършват в Съединените щати всяка година. Потенциалът изглежда най-голям за трансплантациите на мозъчна тъкан, тъй като в момента медицинските инженери се опитват да отглеждат мозъчни клетки в лабораторията за лечение на прогресивни заболявания като болест на Хънтингтън, които бавно унищожават нервните клетки.
Независимо дали става дума за нарастваща човешка тъкан или цели уши, технологията на 3D печат е в разгара си в областта на медицината и безброй изследователи без съмнение ще скочат върху лентата през следващите години.
