✖


Jump to content

Печать органов

разработали полное искусственное сердце В ETH Zurich

При печати органов используются методы, аналогичные традиционной 3D-печати , когда компьютерная модель подается в принтер, который накладывает последовательные слои пластика или воска до тех пор, пока не будет создан 3D-объект. [1] В случае печати органов материал, используемый принтером, представляет собой биосовместимый пластик. [1] Биосовместимый пластик образует каркас, который действует как скелет органа . печатаемого [1] Во время укладки пластика в него также засеваются человеческие клетки из органа пациента, для которого печатается печать. [1] После печати орган переносят в инкубационную камеру, чтобы дать клеткам время вырасти. [1] Через достаточное количество времени орган имплантируют пациенту. [1]

3D-биопринтер CELLINK

Для многих исследователей конечной целью печати органов является создание органов, которые могут быть полностью интегрированы в человеческое тело. [1] Успешная печать органов может оказать влияние на несколько отраслей, в частности, искусственных органов на трансплантацию . [2] фармацевтические исследования, [3] и подготовка врачей и хирургов . [4]

История

[ редактировать ]

Область печати органов возникла в результате исследований в области стереолитографии , основы практики 3D-печати, которая была изобретена в 1984 году. [5] В раннюю эпоху 3D-печати было невозможно создавать долговечные объекты, поскольку материал, используемый для процесса печати, не был долговечным. [6] Вместо этого 3D-печать использовалась как способ моделирования потенциальных конечных продуктов, которые в конечном итоге будут изготавливаться из различных материалов с использованием более традиционных технологий. [5] В начале 1990-х годов были разработаны нанокомпозиты , которые позволили 3D-печатным объектам стать более долговечными, что позволило использовать 3D-печатные объекты не только для моделей. [6] Примерно в это же время специалисты в области медицины начали рассматривать 3D-печать как способ создания искусственных органов. [5] К концу 1990-х годов медицинские исследователи искали биосовместимые материалы , которые можно было бы использовать в 3D-печати. [5]

Концепция биопечати была впервые продемонстрирована в 1988 году. [7] В это время исследователь использовал модифицированный HP струйный принтер для осаждения клеток с помощью технологии цитоскрайбирования. [7] Прогресс продолжился в 1999 году, когда первый искусственный орган , изготовленный с помощью биопечати, был напечатан группой ученых под руководством доктора Энтони Атала из Института регенеративной медицины Уэйк Форест . [8] Ученые из Уэйк Форест напечатали искусственный каркас для человеческого мочевого пузыря , а затем засеяли его клетками своего пациента. [5] Используя этот метод, им удалось вырастить функционирующий орган , и через десять лет после имплантации у пациента не возникло серьезных осложнений. [9]

После создания мочевого пузыря в Уэйк Форесте были предприняты шаги в направлении печати других органов. миниатюрная, полностью функциональная почка . В 2002 году была напечатана [6] В 2003 году доктор Томас Боланд из Университета Клемсона запатентовал использование струйной печати клеток. [10] В этом процессе использовалась модифицированная система нанесения клеток на организованные трехмерные матрицы, помещенные на подложку . [10] Этот принтер позволил провести обширные исследования в области биопечати и подходящих биоматериалов. [9] Например, после этих первоначальных результатов 3D-печать биологических структур получила дальнейшее развитие и теперь охватывает производство структур тканей и органов, а не клеточных матриц . [11] Кроме того, были исследованы и впоследствии внедрены в качестве средства производства другие методы печати, такие как экструзионная биопечать . [11]

В 2004 году сфера биопечати радикально изменилась благодаря появлению еще одного нового биопринтера. [9] Этот новый принтер смог использовать живые человеческие клетки без необходимости предварительного строительства искусственного каркаса. [9] В 2009 году Organovo использовала эту новую технологию для создания первого коммерчески доступного биопринтера. [9] Вскоре после этого биопринтер Organovo был использован для создания биоразлагаемого кровеносного сосуда , первого в своем роде, без клеточного каркаса. [9]

В 2010-х годах и позже были проведены дальнейшие исследования по созданию других органов, таких как печень и сердечные клапаны , а также тканей , таких как сеть крови, с помощью 3D-печати. [9] ученые В 2019 году израильские совершили крупный прорыв, когда им удалось напечатать сердце размером с кролика с сетью кровеносных сосудов, способных сокращаться, как естественные кровеносные сосуды. [12] Напечатанное сердце имело правильную анатомическую структуру и функцию по сравнению с настоящим сердцем. [12] Этот прорыв представил реальную возможность печати полностью функционирующих человеческих органов. [9] Фактически, ученые Варшавского фонда исследований и развития науки в Польше работают над созданием полностью искусственной поджелудочной железы с использованием технологии биопечати. [9] На сегодняшний день этим ученым удалось разработать функционирующий прототип. [9] Это развивающаяся область, и многие исследования все еще проводятся.

методы 3D-печати

[ редактировать ]

3D-печать для изготовления искусственных органов была основной темой исследований в области биологической инженерии . Поскольку технологии быстрого производства, основанные на 3D-печати, становятся все более эффективными, их применимость в синтезе искусственных органов становится все более очевидной. Некоторые из основных преимуществ 3D-печати заключаются в возможности массового производства каркасных конструкций, а также в высокой степени анатомической точности каркасных изделий. Это позволяет создавать конструкции, которые более эффективно напоминают микроструктуру естественного органа или структуры ткани . [13] Печать органов с помощью 3D-печати может осуществляться с использованием различных методов, каждый из которых дает определенные преимущества, которые могут быть подходят для определенных типов производства органов.

Жертвенное письмо в функциональные ткани (SWIFT)

[ редактировать ]

Жертвенное письмо в функциональную ткань (SWIFT) — это метод печати органов, при котором живые клетки плотно упаковываются, имитируя плотность, возникающую в человеческом организме. Во время упаковки прорезаются туннели, имитирующие кровеносные сосуды, и через эти туннели доставляются кислород и необходимые питательные вещества. Этот метод объединяет другие методы, которые только упаковывают клетки или создают сосудистую сеть . SWIFT сочетает в себе оба подхода и представляет собой усовершенствование, которое приближает исследователей к созданию функциональных искусственных органов. [2]

Стереолитографическая (SLA) 3D-биопечать

[ редактировать ]

Этот метод печати органов использует пространственно-управляемый свет или лазер для создания двухмерного рисунка, который наслаивается посредством селективной фотополимеризации в резервуаре с биочернилами . Затем трехмерную структуру можно построить по слоям с использованием двухмерного шаблона. После этого биочернила удаляются из конечного продукта. Биопечать SLA позволяет создавать сложные формы и внутренние структуры. Разрешение признаков для этого метода чрезвычайно велико, и единственным недостатком является нехватка биосовместимых смол. [14]

Капельная биопечать (струйная печать)

[ редактировать ]

Биопечать на основе капель создает клеточные разработки, используя капли заданного материала, который часто сочетается с клеточной линией. Сами клетки также можно наносить таким же образом с полимером или без него. При печати полимерных каркасов этими методами каждая капля начинает полимеризоваться при контакте с поверхностью подложки и сливаться в более крупную структуру, когда капли начинают сливаться. Полимеризация может происходить различными методами в зависимости от используемого полимера. Например, полимеризация альгината инициируется ионами кальция в субстрате, которые диффундируют в разжиженные биочернила и позволяют образовать прочный гель. Капельная биопечать широко используется из-за ее производительной скорости. Однако это может сделать его менее подходящим для более сложных структур органов. [15]

Экструзионная биопечать

[ редактировать ]

Экструзионная биопечать включает последовательную постановку конкретной печатной ткани и клеточной линии из экструдера , своего рода портативной печатающей головки. Это, как правило, более контролируемый и более мягкий способ управления тканью или клетками, а также позволяет использовать более значительную плотность клеток при разработке трехмерных структур тканей или органов. В любом случае, такие преимущества сводятся на нет из-за более низкой скорости печати, связанной с этой процедурой. Экструзионная биопечать часто сочетается с УФ-излучением, которое фотополимеризует напечатанную ткань, создавая более устойчивую и скоординированную конструкцию. [11]

Моделирование наплавленного осаждения

[ редактировать ]

Моделирование наплавлением (FDM) является более распространенным и недорогим по сравнению с селективным лазерным спеканием. В этом принтере используется печатающая головка, по конструкции похожая на струйный принтер; однако чернила не используются. Пластиковые шарики нагреваются при высокой температуре и высвобождаются из печатающей головки при ее движении, формируя объект тонкими слоями. [3] В принтерах FDM можно использовать различные пластики. Кроме того, большинство деталей, напечатанных методом FDM, обычно состоят из тех же термопластов , которые используются в традиционных технологиях литья под давлением или механической обработки. [3] Благодаря этому эти детали имеют аналогичные характеристики прочности, механических свойств и устойчивости. [3] Точный контроль позволяет обеспечить постоянное количество высвобождения и нанесение в определенном месте для каждого слоя, придающего форму. [3] Когда нагретый пластик откладывается с печатающей головки, он плавится или приклеивается к нижним слоям. По мере остывания каждого слоя они затвердевают и постепенно принимают твердую форму, предназначенную для создания, по мере того, как в структуру добавляется все больше слоев.

Селективное лазерное спекание

[ редактировать ]

При селективном лазерном спекании для печати новых объектов используется порошкообразный материал (SLS) в качестве подложки . SLS можно использовать для создания металлических, пластиковых и керамических предметов. порошкового материала используется лазер, управляемый компьютером В этом методе в качестве источника энергии для спекания . [16] Лазер отслеживает форму желаемого объекта в поперечном сечении порошка, который сплавляет его в твердую форму. [16] Затем наносится новый слой порошка, и процесс повторяется, создавая каждый слой с каждым новым нанесением порошка, один за другим, образуя целостность объекта. Одним из преимуществ SLS-печати является то, что после печати объекта требуется очень мало дополнительных инструментов, например шлифовки. [16] Последние достижения в печати органов с использованием SLS включают 3D-конструкции черепно-лицевых имплантатов, а также каркасы для инженерии сердечной ткани. [16]

Материалы для печати

[ редактировать ]

Материалы для печати должны соответствовать широкому спектру критериев, одним из которых является биосовместимость . Полученные каркасы, сформированные из материалов, напечатанных на 3D-принтере, должны быть физически и химически пригодными для пролиферации клеток . Биоразлагаемость является еще одним важным фактором и гарантирует, что искусственно созданная структура может быть разрушена после успешной трансплантации и заменена полностью естественной клеточной структурой. Из-за особенностей 3D-печати используемые материалы должны быть настраиваемыми и адаптируемыми, подходящими для широкого спектра типов клеток и структурных форм. [17]

Природные полимеры

[ редактировать ]

Материалы для 3D-печати обычно состоят из альгината или фибрина полимеров , которые объединены с молекулами клеточной адгезии , которые поддерживают физическое прикрепление клеток. Такие полимеры специально разработаны для поддержания структурной стабильности и восприимчивости к клеточной интеграции. Термин «биочернила» используется для широкой классификации материалов, совместимых с 3D-биопечатью. [18] Альгинаты гидрогеля стали одним из наиболее часто используемых материалов в исследованиях по печати органов, поскольку они легко адаптируются и могут быть точно настроены для имитации определенных механических и биологических свойств, характерных для натуральных тканей. Способность гидрогелей адаптироваться к конкретным потребностям позволяет использовать их в качестве адаптируемого каркасного материала, подходящего для различных структур тканей или органов и физиологических условий . [19] Основной проблемой при использовании альгината является его стабильность и медленная деградация, что затрудняет разрушение искусственного гелевого каркаса и замену его собственным внеклеточным матриксом имплантированных клеток . [20] Альгинатный гидрогель, подходящий для экструзионной печати, также часто менее структурно и механически прочный; однако эту проблему можно решить путем включения других биополимеров , таких как наноцеллюлоза , для обеспечения большей стабильности. Свойства альгинатных или смешанно-полимерных биочернил можно настраивать и изменять для различных применений и типов органов. [20]

Другие природные полимеры, которые использовались для 3D-печати тканей и органов, включают хитозан , гидроксиапатит (НА) , коллаген и желатин . Желатин представляет собой термочувствительный полимер, обладающий превосходной растворимостью при истирании , биоразлагаемостью, биосовместимостью, а также низким уровнем иммунологического отторжения . [21] Эти качества являются преимуществом и приводят к высокой приемлемости 3D-биопечатного органа при имплантации in vivo. [21]

Синтетические полимеры

[ редактировать ]

Синтетические полимеры производятся человеком посредством химических реакций мономеров . Их механические свойства благоприятны тем, что их молекулярную массу можно регулировать от низкой до высокой в ​​зависимости от различных требований. [21] Однако отсутствие функциональных групп и структурная сложность ограничивают их использование в печати органов. Современные синтетические полимеры с превосходными возможностями 3D-печати и совместимостью с тканями in vivo включают полиэтиленгликоль (ПЭГ) , полимолочную гликолевую кислоту (PLGA) и полиуретан (ПУ) . ПЭГ — это биосовместимый, неиммуногенный синтетический полиэфир , обладающий настраиваемыми механическими свойствами для использования в 3D-биопечати. [21] Хотя ПЭГ использовался в различных приложениях 3D-печати, отсутствие доменов клеточной адгезии ограничивает его дальнейшее использование в печати органов. PLGA, синтетический сополимер , широко известен живым существам, таким как животные, люди, растения и микроорганизмы . PLGA используется в сочетании с другими полимерами для создания различных систем материалов, включая PLGA-желатин, PLGA-коллаген, каждая из которых улучшает механические свойства материала, биосовместима при помещении in vivo и обладает настраиваемой биоразлагаемостью. [21] PLGA чаще всего использовался в печатных конструкциях для костей регенерации , печени и других крупных органов. Наконец, ПУ уникален тем, что его можно разделить на две группы: биоразлагаемые и небиоразлагаемые. [21] Он использовался в области биопечати благодаря своим превосходным механическим и биоинертным свойствам. Применением ПУ могут быть неодушевленные искусственные сердца ; однако с помощью существующих 3D-биопринтеров этот полимер невозможно распечатать. [21] Был создан новый эластомерный ПУ, состоящий из ПЭГ и поликапролактона (ПКЛ) мономеров . [21] Этот новый материал демонстрирует превосходную биосовместимость, биоразлагаемость, способность к биопечати и биостабильность для использования в сложной печати и производстве биоискусственных органов. [21] Благодаря высокой структуре сосудов и нейронных сетей этот материал можно применять для печати органов различными сложными способами, таких как мозг , сердце, легкие и почки.

Природно-синтетические гибридные полимеры

[ редактировать ]

Природно-синтетические гибридные полимеры основаны на синергическом эффекте между синтетическими и биополимерными компонентами. [21] Желатин-метакрилоил (ГельМА) стал популярным биоматериалом в области биопечати. GelMA показал, что он имеет жизнеспособный потенциал в качестве материала биочернил благодаря своей подходящей биосовместимости и легко настраиваемым психохимическим свойствам. [21] Гиалуроновая кислота (ГК) -ПЭГ — еще один природно-синтетический гибридный полимер, который оказался очень успешным в биопечати. ГК в сочетании с синтетическими полимерами помогают получить более стабильные структуры с высокой жизнеспособностью клеток и ограниченной потерей механических свойств после печати. [21] Недавним применением HA-PEG в биопечати стало создание искусственной печени. Наконец, в печати органов был использован ряд биоразлагаемых гибридных полимеров полиуретана (ПУ) и желатина с настраиваемыми механическими свойствами и эффективной скоростью разложения. [21] Этот гибрид способен печатать сложные конструкции, такие как конструкция в форме носа .

Все описанные выше полимеры потенциально могут быть использованы в имплантируемых биоискусственных органах для целей, включая, помимо прочего, индивидуальное восстановление органов, скрининг лекарств , а также анализ метаболических моделей.

Источники клеток

[ редактировать ]

Создание полноценного органа часто требует объединения множества различных типов клеток, расположенных по-разному и по шаблону. Одним из преимуществ органов, напечатанных на 3D-принтере, по сравнению с традиционными трансплантатами , является возможность использования клеток, полученных от пациента, для создания нового органа. Это значительно снижает вероятность отторжения трансплантата и может устранить необходимость в иммунодепрессантах после трансплантации, что снизит риски для здоровья, связанные с трансплантацией. Однако, поскольку не всегда возможно собрать все необходимые типы клеток, может возникнуть необходимость собрать взрослые стволовые клетки или индуцировать плюрипотентность в собранной ткани. [19] Это предполагает ресурсоемкий рост и дифференцировку клеток и сопряжено с собственным набором потенциальных рисков для здоровья, поскольку пролиферация клеток в печатном органе происходит вне организма и требует внешнего применения факторов роста. Однако способность некоторых тканей самоорганизовываться в дифференцированные структуры может обеспечить способ одновременного конструирования тканей и формирования отдельных популяций клеток, улучшая эффективность и функциональность печати органов. [22]

Типы принтеров и процессов

[ редактировать ]

Типы принтеров, используемых для печати органов, включают: [14]

  • Струйный принтер
  • Мульти-насадка
  • Гибридный принтер
  • Электропрядение
  • Падение по требованию

Эти принтеры используются способами, описанными ранее. Каждый принтер требует разных материалов и имеет свои преимущества и ограничения.

Приложения

[ редактировать ]

Донорство органов

[ редактировать ]

В настоящее время единственным методом лечения людей с органной недостаточностью является ожидание трансплантации от живого или недавно умершего донора. [23] Только в Соединенных Штатах более 100 000 пациентов находятся в списке трансплантатов, ожидающих поступления донорских органов. [24] Пациенты в списке доноров могут ждать дни, недели, месяцы или даже годы, пока подходящий орган станет доступным. Среднее время ожидания трансплантации некоторых распространенных органов следующее: четыре месяца для сердца или легкого, одиннадцать месяцев для печени, два года для поджелудочной железы и пять лет для почки. [25] Это значительный рост по сравнению с 1990-ми годами, когда пациент мог ждать сердца всего пять недель. [23] Столь продолжительное время ожидания обусловлено нехваткой органов, а также необходимостью найти орган, подходящий реципиенту. [25] Орган считается подходящим для пациента на основании группы крови , сопоставимых размеров тела донора и реципиента, тяжести состояния здоровья пациента, продолжительности времени, в течение которого пациент ожидает орган, доступности пациента (т. е. возможности связаться с пациентом). , если у пациента есть инфекция), близость пациента к донору и время жизнеспособности донорского органа. [26] В Соединенных Штатах каждый день умирают 20 человек в ожидании органов. [24] 3D-печать органов потенциально может решить обе эти проблемы; если бы органы можно было печатать, как только в них возникнет необходимость, дефицита не было бы. Кроме того, засев напечатанных органов собственными клетками пациента избавит от необходимости проверять донорские органы на совместимость.

Обучение врачей и хирургов

[ редактировать ]

Хирургическое использование 3D-печати эволюционировало от печати хирургических инструментов до разработки индивидуальных технологий полной замены суставов, зубных имплантатов и слуховых аппаратов . [27] В области печати органов могут применяться приложения для пациентов и хирургов. Например, напечатанные органы использовались для моделирования структуры и повреждений, чтобы лучше понять анатомию и обсудить режим лечения с пациентами. [28] В этих случаях функциональность органа не требуется и используется для проверки концепции. Эти модели органов способствуют совершенствованию хирургических методов, обучению неопытных хирургов и переходу к индивидуальному лечению пациентов. [28]

Фармацевтические исследования

[ редактировать ]

Технология 3D-печати органов позволяет изготавливать органы высокой степени сложности с высокой воспроизводимостью, быстрым и экономичным способом. [3] 3D-печать используется в фармацевтических исследованиях и производстве, обеспечивая преобразующую систему, позволяющую точно контролировать размер капель и дозу, персонализировать медицину и создавать сложные профили высвобождения лекарств. [3] Эта технология требует имплантируемых устройств для доставки лекарств , в которых лекарство вводится в орган, напечатанный на 3D-принтере, и высвобождается один раз in vivo. [3] Кроме того, печать органов использовалась как преобразующий инструмент для испытаний in vitro. [3] Напечатанный орган можно использовать для открытия и исследования дозировок факторов высвобождения лекарств. [3]

Орган-на-чипе

[ редактировать ]

Технология печати органов также может быть объединена с микрофлюидной технологией для создания органов на чипах . [29] Эти органы на чипах потенциально могут быть использованы для моделей заболеваний, для помощи в разработке лекарств и проведении высокопроизводительных анализов . [29] Органы-чипы работают, предоставляя 3D-модель, имитирующую естественный внеклеточный матрикс, что позволяет им демонстрировать реалистичную реакцию на лекарства. [29] До сих пор исследования были сосредоточены на разработке «печени на чипе» и «сердца на чипе», но существует потенциал для разработки всей модели «тело на чипе». [29]

Комбинируя органы, напечатанные на 3D-принтере, исследователи могут создать тело на чипе. Модель «сердце на чипе» уже использовалась для изучения того, как несколько препаратов с отрицательными побочными эффектами, основанными на частоте сердечных сокращений, таких как химиотерапевтический препарат доксорубицин, могут влиять на людей на индивидуальной основе. [30] Новая платформа «тело на чипе» включает в себя печень, сердце, легкие и почки на чипе. Органы на чипе печатаются или конструируются отдельно, а затем объединяются вместе. С помощью этой платформы исследования токсичности лекарств проводятся с высокой производительностью, что снижает затраты и повышает эффективность процесса поиска лекарств. [29]

[ редактировать ]

Методы 3D-печати использовались в различных отраслях промышленности для достижения общей цели изготовления продукта. С другой стороны, печать органов — это новая отрасль, которая использует биологические компоненты для разработки терапевтических применений трансплантации органов. В связи с возросшим интересом к этой области крайне необходимо разработать правила и этические соображения. [31] В частности, могут возникнуть юридические осложнения при переходе от доклинического к клиническому переводу этого метода лечения. [32]

Регулирование

[ редактировать ]

Действующее американское регулирование подбора органов основано на национальном реестре доноров органов после Национального закона о трансплантации органов . принятия в 1984 году [1] Этот закон был принят для обеспечения равного и честного распределения, хотя его оказалось недостаточно из-за большого спроса на трансплантацию органов. Печать органов может помочь уменьшить дисбаланс между спросом и предложением за счет печати заменителей органов для конкретного пациента, что невозможно без регулирования. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) отвечает за регулирование биологических препаратов , устройств и лекарств в Соединенных Штатах. [31] [32] Из-за сложности этого терапевтического подхода расположение органов в спектре не обнаружено. Исследования охарактеризовали печатные органы как многофункциональные комбинированные продукты, то есть они находятся между секторами биологических препаратов и устройств FDA; это приводит к более обширным процессам рассмотрения и утверждения. [31] [32] [33] В 2016 году FDA выпустило проект руководства по техническим аспектам устройств аддитивного производства и в настоящее время [ на момент? ] оценка новых заявок на 3D-печатные устройства. [34] Однако сама технология недостаточно развита, чтобы FDA могло напрямую внедрить ее. [33] В настоящее время основное внимание при оценке безопасности и эффективности уделяется 3D-принтерам, а не готовым продуктам, с целью стандартизации технологий для персонализированных подходов к лечению. С глобальной точки зрения, только органы регулирования медицинского оборудования Южной Кореи и Японии предоставили рекомендации, применимые к 3D-биопечати. [31]

Существуют также проблемы с интеллектуальной собственностью и собственностью. Они могут оказать большое влияние на более важные вопросы, такие как пиратство, контроль качества производства и несанкционированное использование на черном рынке. [32] [33] Эти соображения больше сосредоточены на материалах и процессах изготовления; они более подробно объяснены в подразделе «Юридические аспекты 3D-печати».

Этические соображения

[ редактировать ]

С этической точки зрения существуют опасения по поводу доступности технологий печати органов, источников клеток и ожиданий общественности. Хотя этот подход может быть менее дорогостоящим, чем традиционная хирургическая трансплантация, существует скептицизм в отношении социальной доступности этих 3D-печатных органов. Современные исследования показали, что существует потенциальное социальное расслоение, позволяющее более состоятельному населению иметь доступ к этой терапии, в то время как население в целом остается в реестре органов. [35] Также необходимо учитывать упомянутые ранее клеточные источники. Печать органов может уменьшить или исключить исследования и испытания на животных, но также поднимает вопросы об этических последствиях аутологичных и аллогенных источников. [35] [36] В частности, начались исследования по изучению будущих рисков для людей, проходящих экспериментальное тестирование. [31] Как правило, такое применение может привести к социальным, культурным и религиозным различиям, что затрудняет всемирную интеграцию и регулирование. [32] В целом, этические соображения печати органов аналогичны общим этическим соображениям биопечати , но экстраполируются от ткани к органу. В целом, печать органов имеет краткосрочные и долгосрочные правовые и этические последствия, которые необходимо учитывать, прежде чем станет возможным массовое производство.

Влияние

[ редактировать ]

Печать органов для медицинских целей все еще находится на стадии разработки. Таким образом, долгосрочные последствия печати органов еще предстоит определить. Исследователи надеются, что печать органов может уменьшить нехватку трансплантатов. [37] В настоящее время наблюдается нехватка доступных органов, включая печень, почки и легкие. [38] Длительное время ожидания получения жизненно важных органов является одной из основных причин смертности в Соединенных Штатах: почти треть всех смертей в Соединенных Штатах ежегодно можно отсрочить или предотвратить с помощью трансплантации органов. [38] В настоящее время единственным органом, который был напечатан на 3D-принтере и успешно трансплантирован человеку, является мочевой пузырь. [39] Мочевой пузырь был сформирован из ткани мочевого пузыря хозяина. [39] Исследователи предположили, что потенциальное положительное влияние органов, напечатанных на 3D-принтере, заключается в возможности настраивать органы для реципиента. [3] Разработки, позволяющие использовать клетки-хозяева реципиента органа для синтеза органов, снижают риск отторжения органа. [38]

Возможность печатать органы снизила спрос на испытания на животных. [40] Тестирование на животных используется для определения безопасности продуктов, начиная от косметики и заканчивая медицинскими устройствами. Косметические компании уже используют меньшие модели тканей для тестирования новых продуктов на коже. [40] Возможность 3D-печати кожи снижает необходимость испытаний на животных для тестирования макияжа. [38] Кроме того, возможность распечатывать модели человеческих органов для проверки безопасности и эффективности новых лекарств еще больше снижает необходимость испытаний на животных. [40] Исследователи из Гарвардского университета установили, что безопасность лекарств можно точно проверить на небольших моделях тканей легких. [40] Компания Organovo, которая разработала один из первых коммерческих биопринтеров в 2009 году, продемонстрировала, что биоразлагаемые 3D-модели тканей можно использовать для исследования и разработки новых лекарств, в том числе для лечения рака. [41] Дополнительным преимуществом печати органов является возможность быстрого создания моделей тканей, что повышает производительность. [3]

Проблемы

[ редактировать ]

Одна из задач 3D-печати органов — воссоздать сосудистую сеть, необходимую для поддержания жизни органов. [42] Проектирование правильной сосудистой сети необходимо для транспортировки питательных веществ, кислорода и отходов. [42] Кровеносные сосуды, особенно капилляры, из-за малого диаметра затруднены. [38] Прогресс был достигнут в этой области в Университете Райса, где исследователи разработали 3D-принтер для изготовления сосудов из биосовместимых гидрогелей и разработали модель легких, способных насыщать кровь кислородом. [42] Однако эта техника сопровождается проблемой воспроизведения других мельчайших деталей органов. [42] Трудно воспроизвести запутанную сеть дыхательных путей, кровеносных сосудов и желчных протоков, а также сложную геометрию органов. [42]

Проблемы, с которыми сталкиваются в области печати органов, выходят за рамки исследований и разработок методов решения проблем мультиваскуляризации и сложной геометрии. Прежде чем печать органов станет широко доступной, необходимо найти источник устойчивых источников клеток и разработать крупномасштабные производственные процессы. [43] Дополнительные задачи включают разработку клинических испытаний для проверки долгосрочной жизнеспособности и биосовместимости синтетических органов. [43] Несмотря на то, что в области печати органов было сделано много разработок, необходимо провести дополнительные исследования.

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Jump up to: а б с д и ж г час Шаер, Мэтью (май 2015 г.). «Скоро ваш врач сможет печатать человеческие органы по требованию» . Смитсоновский журнал . Проверено 02 апреля 2020 г.
  2. ^ Jump up to: а б Зальцман, Sony (23 сентября 2019 г.). «3D-печать сердца с «бьющейся» тканью может облегчить нехватку доноров» . Новости Эн-Би-Си . Проверено 1 апреля 2020 г.
  3. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л Вентола, К. Ли (октябрь 2014 г.). «Медицинские применения 3D-печати: текущее и прогнозируемое использование» . Фармация и терапия . 39 (10): 704–711. ISSN   1052-1372 . ПМК   4189697 . ПМИД   25336867 .
  4. ^ Вайнтрауб, Карен (26 января 2015 г.). «От 3D-принтера: практические детали для хирурга» . Нью-Йорк Таймс . ISSN   0362-4331 . Проверено 02 апреля 2020 г.
  5. ^ Jump up to: а б с д и «Как работает 3D-биопечать» . Как все работает . 17 декабря 2013 г. Проверено 02 апреля 2020 г.
  6. ^ Jump up to: а б с «Изменение будущего медицины с помощью 3D-биопечати» . Биогелькс . Архивировано из оригинала 11 января 2024 года . Проверено 22 апреля 2020 г.
  7. ^ Jump up to: а б Гу, Цзэминг; Фу, Цзяньчжун; Линь, Хуэй; Хе, Ён (17 декабря 2019 г.). «Развитие 3D-биопечати: от методов печати к биомедицинским приложениям» . Азиатский журнал фармацевтических наук . 15 (5): 529–557. дои : 10.1016/j.ajps.2019.11.003 . ISSN   1818-0876 . ПМК   7610207 . ПМИД   33193859 .
  8. ^ «Рекорд первых» . Медицинская школа Уэйк Форест . Проверено 22 апреля 2020 г.
  9. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж «История биопечати» . CD3D . 12 мая 2019 г. Проверено 02 апреля 2020 г.
  10. ^ Jump up to: а б Боланд, Томас. «Патент US7051654: Струйная печать жизнеспособных клеток» . Google.com . Проверено 31 марта 2015 г.
  11. ^ Jump up to: а б с Баджадж, Пиюш; Швеллер, Райан М.; Хадемосейни, Али; Уэст, Дженнифер Л.; Башир, Рашид (2014). «Стратегии 3D-биофабрикации для тканевой инженерии и регенеративной медицины» . Ежегодный обзор биомедицинской инженерии . 16 : 247–76. doi : 10.1146/annurev-bioeng-071813-105155 . ПМЦ   4131759 . ПМИД   24905875 .
  12. ^ Jump up to: а б Фриман, Дэвид (19 апреля 2019 г.). «Израильские учёные создали первое в мире сердце, напечатанное на 3D-принтере, используя человеческие клетки » Новости Эн-Би-Си . Проверено 22 апреля 2020 г.
  13. ^ Хокадей, Луизиана; Канг, К.Х.; Коланджело, Северо-Запад; Чунг, PYC; Дуань, Б; Мэлоун, Э; Ву, Дж; Жирарди, Л.Н.; Бонассар, LJ; Липсон, Х; Чу, CC (23 августа 2012 г.). «Быстрая 3D-печать анатомически точных и механически гетерогенных гидрогелевых каркасов аортального клапана» . Биофабрикация . 4 (3): 035005. Бибкод : 2012BioFa...4c5005H . дои : 10.1088/1758-5082/4/3/035005 . ISSN   1758-5082 . ПМЦ   3676672 . ПМИД   22914604 .
  14. ^ Jump up to: а б Чжан, Сюсю; Чжао, Вэньсян, Тао (28 сентября 2019 г.) «Биоматериалы на основе морских ресурсов для применения в области 3D-биопечати . » Чжан, И; Чэнь, Цзянвэй ; 17 10): 555. doi : 10.3390 md17100555 ISSN   1660-3397 6835706. PMC   / ( PMID   31569366 .
  15. ^ Оже, Франсуа А.; Жибо, Лора; Лакруа, Дэн (2013). «Основная роль васкуляризации в тканевой инженерии». Ежегодный обзор биомедицинской инженерии . 15 : 177–200. doi : 10.1146/annurev-bioeng-071812-152428 . ПМИД   23642245 .
  16. ^ Jump up to: а б с д Чиа, Хелена Н; Ву, Бенджамин М. (01 марта 2015 г.). «Последние достижения в 3D-печати биоматериалов» . Журнал биологической инженерии . 9 (1): 4. дои : 10.1186/s13036-015-0001-4 . ISSN   1754-1611 . ПМЦ   4392469 . ПМИД   25866560 .
  17. ^ Август, Александр Д.; Конг, Хён Джун; Муни, Дэвид Дж. (7 августа 2006 г.). «Альгинатные гидрогели как биоматериалы». Макромолекулярная биология . 6 (8): 623–633. дои : 10.1002/mabi.200600069 . ISSN   1616-5187 . ПМИД   16881042 .
  18. ^ Кести, Матти; Мюллер, Майкл; Бехер, Яна; Шнабельраух, Матиас; Д'Эсте, Маттео; Эглин, Дэвид; Зеноби-Вонг, Марси (январь 2015 г.). «Универсальные биочернила для трехмерной печати клеточных каркасов на основе термического и фотоактивируемого тандемного гелеобразования». Акта Биоматериалы . 11 : 162–172. doi : 10.1016/j.actbio.2014.09.033 . hdl : 20.500.11850/103400 . ISSN   1742-7061 . ПМИД   25260606 . S2CID   20142429 .
  19. ^ Jump up to: а б Баджадж, Пиюш; Швеллер, Райан М.; Хадемосейни, Али; Уэст, Дженнифер Л.; Башир, Рашид (11 июля 2014 г.). «Стратегии 3D-биофабрикации для тканевой инженерии и регенеративной медицины» . Ежегодный обзор биомедицинской инженерии . 16 (1): 247–276. doi : 10.1146/annurev-bioeng-071813-105155 . ISSN   1523-9829 . ПМЦ   4131759 . ПМИД   24905875 .
  20. ^ Jump up to: а б Акспе, Энеко; Ойен, Мишель (25 ноября 2016 г.). «Применение биочернил на основе альгината в 3D-биопечати» . Международный журнал молекулярных наук . 17 (12): 1976. doi : 10.3390/ijms17121976 . ISSN   1422-0067 . ПМК   5187776 . ПМИД   27898010 .
  21. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м Ван, Сяохун (25 ноября 2019 г.). «Передовые полимеры для трехмерной (3D) биопечати органов» . Микромашины . 10 (12): 814. дои : 10,3390/ми10120814 . ISSN   2072-666X . ПМК   6952999 . PMID   31775349 .
  22. ^ Афанасиу, Кириакос А.; Эшварамурти, Раджалакшманан; Хадиди, Паша; Ху, Джерри К. (11 июля 2013 г.). «Самоорганизация и процесс самосборки в тканевой инженерии» . Ежегодный обзор биомедицинской инженерии . 15 (1): 115–136. doi : 10.1146/annurev-bioeng-071812-152423 . ISSN   1523-9829 . ПМК   4420200 . ПМИД   23701238 .
  23. ^ Jump up to: а б Зальцман, Sony (23 сентября 2019 г.). «3D-печать сердца с «бьющейся» тканью может облегчить нехватку доноров» . Новости Эн-Би-Си . Проверено 1 мая 2020 г.
  24. ^ Jump up to: а б «Статистика донорства органов | Донор органов» . www.organdonor.gov . 10 апреля 2018 г. Проверено 02 апреля 2020 г.
  25. ^ Jump up to: а б «Список ожидания | Программа доноров «Подари жизнь»» . www.donors1.org . 27 ноября 2017 г. Проверено 02 апреля 2020 г.
  26. ^ «Подбор доноров и реципиентов | Донор органов» . www.organdonor.gov . 07.05.2018 . Проверено 02 апреля 2020 г.
  27. ^ Афсана; Джайн, Винет; Джайн*, Нафис Хайдер и Кирти (31 октября 2018 г.). «3D-печать в персонализированной доставке лекарств» . Текущий фармацевтический дизайн . 24 (42): 5062–5071. дои : 10.2174/1381612825666190215122208 . ПМИД   30767736 . S2CID   73421860 . Проверено 02 апреля 2020 г.
  28. ^ Jump up to: а б Вайнтрауб, Карен (26 января 2015 г.). «От 3D-принтера: практические детали для хирурга» . Нью-Йорк Таймс . ISSN   0362-4331 . Проверено 02 апреля 2020 г.
  29. ^ Jump up to: а б с д и Чжан, Бинь; Гао, Лей; Ма, Лян; Ло, Ичен; Ян, Хуайонг; Цуй, Чжаньфэн (01 августа 2019 г.). «3D-биопечать: новый путь производства тканей и органов» . Инженерное дело . 5 (4): 777–794. Бибкод : 2019Engin...5..777Z . дои : 10.1016/j.eng.2019.03.009 . ISSN   2095-8099 .
  30. ^ Чжан, Юй Шрайк (2016). «Биопечать 3D микроволокнистых каркасов для инженерии эндотелизированного миокарда и сердца на чипе» . Биоматериалы . 110 : 45–59. doi : 10.1016/j.bimaterials.2016.09.003 . ПМК   5198581 . PMID   27710832 – через Elsevier. [ постоянная мертвая ссылка ]
  31. ^ Jump up to: а б с д и Гилберт, Фредерик; О'Коннелл, Катал Д.; Младеновска, Таянка; Доддс, Сьюзен (01 февраля 2018 г.). «Напечатайте мне орган? Этические и нормативные проблемы, возникающие в результате 3D-биопечати в медицине» (PDF) . Наука и инженерная этика . 24 (1): 73–91. дои : 10.1007/s11948-017-9874-6 . ISSN   1471-5546 . ПМИД   28185142 . S2CID   46758323 .
  32. ^ Jump up to: а б с д и Виджаявенкатараман, С.; Лу, ВФ; Фу, JYH (01 марта 2016 г.). «3D-биопечать – основа этических, правовых и социальных аспектов (ELSA)» . Биопечать . 1–2 : 11–21. дои : 10.1016/j.bprint.2016.08.001 . ISSN   2405-8866 .
  33. ^ Jump up to: а б с Волински, Ховард (2014). «Печать органов клетка за клеткой» . Отчеты ЭМБО . 15 (8): 836–838. дои : 10.15252/эмбр.201439207 . ISSN   1469-221X . ПМК   4197040 . ПМИД   25012625 .
  34. ^ Здоровье, Центр приборов и радиологии (09.02.2019). «Роль FDA в 3D-печати» . FDA .
  35. ^ Jump up to: а б Вермюлен, Ники; Хаддоу, Гилл; Сеймур, Тирион; Фолкнер-Джонс, Алан; Шу, Вэньмяо (01 сентября 2017 г.). «3D-биопечать меня: социоэтический взгляд на биопечать органов и тканей человека» . Журнал медицинской этики . 43 (9): 618–624. doi : 10.1136/medethics-2015-103347 . ISSN   0306-6800 . ПМЦ   5827711 . ПМИД   28320774 .
  36. ^ Михайи, Джессика; Мюллер, Анн-Катрин (2016). Тело на заказ – юридические аспекты биопечати тканей и органов . Общество компьютерных наук eV ISBN  978-3-88579-653-4 .
  37. ^ Озболат, Ибрагим Т.; Ю, Инь (март 2013 г.). «Биопечать на пути к изготовлению органов: проблемы и будущие тенденции». Транзакции IEEE по биомедицинской инженерии . 60 (3): 691–699. дои : 10.1109/TBME.2013.2243912 . ISSN   1558-2531 . ПМИД   23372076 . S2CID   206613022 .
  38. ^ Jump up to: а б с д и Льюис, Тим (30 июля 2017 г.). «Может ли 3D-печать решить проблему нехватки трансплантатов?» . Наблюдатель . ISSN   0029-7712 . Проверено 29 апреля 2020 г.
  39. ^ Jump up to: а б «Мочевой пузырь, выращенный из ткани, напечатанной на 3D-принтере, продолжает функционировать спустя 14 лет» . Индустрия 3D-печати . 12 сентября 2018 г. Проверено 29 апреля 2020 г.
  40. ^ Jump up to: а б с д «Биопечать: этические и социальные последствия» . АСКБ . 16.11.2018 . Проверено 29 апреля 2020 г.
  41. ^ «История биопечати» . CD3D . 12 мая 2019 г. Проверено 29 апреля 2020 г.
  42. ^ Jump up to: а б с д и Гент, Эдд (07 мая 2019 г.). «Новый прогресс в решении самой большой проблемы с использованием органов, напечатанных на 3D-принтере» . Центр сингулярности . Проверено 29 апреля 2020 г.
  43. ^ Jump up to: а б Рэгг, Николас М.; Берк, Лиам; Уилсон, Саманта Л. (декабрь 2019 г.). «Критический обзор текущего прогресса в 3D-биопроизводстве почек: достижения, проблемы и рекомендации» . Заместительная почечная терапия . 5 (1): 18. дои : 10.1186/s41100-019-0218-7 . ISSN   2059-1381 .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Organ_printing&oldid=1227947615"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 3f2f501e14ddacf6902f75d644d920e6__1717855860
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/3f/e6/3f2f501e14ddacf6902f75d644d920e6.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Organ printing - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)