O Argraffu 3D I Argraffu Organ 3D, Pa mor bell Mae Dynol O Argraffu Bywyd?

O'r 1980au hyd heddiw, mae argraffu 3D wedi mynd yn bell. Mae argraffu 3D biolegol, fel cangen bwysig o argraffu 3D, wedi gwneud cynnydd mawr ers ei gynnig tua 2000.

Wrth gwrs, mae gan argraffu 3D biolegol hefyd lawer o lefelau, gan gynnwys strwythurau gweithgynhyrchu heb ofynion biocompatibility, megis argraffu 3D o gynhyrchion ar gyfer cynllunio llwybr llawfeddygol, a ddefnyddir yn eang ar hyn o bryd, gweithgynhyrchu cynhyrchion nad ydynt yn ddiraddadwy â gofynion biocompatibility, megis uniadau aloi titaniwm, prosthesis silicon ar gyfer atgyweirio diffygion, a gweithgynhyrchu cynhyrchion diraddiadwy â gofynion biocompatibility, megis asgwrn ceramig gweithredol a stentiau fasgwlaidd diraddadwy, Ond y pwysicaf a'r mwyaf pryderus yw argraffu 3D o organau sy'n trin celloedd byw i adeiladu meinweoedd tri dimensiwn bionig.

Oherwydd awydd dynol am estyniad bywyd, gellir dweud bod argraffu organau wedi bod yn freuddwyd i ddynolryw ers miloedd o flynyddoedd, a bywyd argraffu yw dymuniad dynolryw yn y pen draw. Nawr, mae pobl yn ceisio rhuthro tuag at ddymuniad dynolryw yn y pen draw.

Pam fod angen argraffu organau 3D arnaf?

Mae gwireddu argraffu 3D biolegol yn agos gysylltiedig â pheirianneg meinwe a meddygaeth adfywiol. Adfywio meinwe yw'r diwedd, tra mai peirianneg meinwe yw'r modd.

Yn eu plith, cynigiwyd y cysyniad o beirianneg meinwe gan Feng Yuanzhen, gwyddonydd Americanaidd Tsieineaidd, ac fe'i pennwyd gan Sefydliad Gwyddoniaeth Cenedlaethol yr Unol Daleithiau ym 1987. Mae peirianneg meinwe yn cyfeirio at adneuo celloedd ar sgaffaldiau biolegol i ffurfio cyfadeiladau deunydd celloedd, a yna mewnblannu sgaffaldiau sy'n cynnwys celloedd yn y corff i gymell ffurfio meinweoedd neu organau cyfatebol trwy ddefnyddio'r amgylchedd in-vivo, er mwyn atgyweirio clwyfau ac ailadeiladu swyddogaethol. Y dull confensiynol o beirianneg meinwe yw gwahanu gwneuthuriad sgaffaldiau o adlyniad celloedd, ond mae'n anodd cyflawni dyddodiad gwahanol fathau a dwyseddau celloedd mewn gwahanol safleoedd o sgaffaldiau. Gall argraffu 3D biolegol wireddu trin cyfeiriadol gofodol aml-gell a dyddodiad rheoladwy o wahanol ddwysedd celloedd, sydd ond yn datrys yr anawsterau presennol a wynebir gan beirianneg meinwe.

Am gyfnod hir, mae gweithgynhyrchu meinweoedd actif neu organau in vitro wedi bod yn nod i ymlid diflino pobl. Ar y naill law, mae bwlch enfawr mewn trawsblannu organau. Hyd yn hyn, mae llawer o broblemau meddygol, megis methiant arennol a thiwmorau malaen, yn dal i gael eu trin trwy drawsblannu organau. Fodd bynnag, bu prinder rhoddwyr erioed ym maes trawsblannu organau allogeneig. Yn ddomestig ac yn rhyngwladol, oherwydd rhoi organau annigonol, nid yw cyfradd llwyddiant paru yn uchel, a dim ond aros y gall cleifion sydd angen trawsblaniad organau aros.

Yn yr Unol Daleithiau, yn ôl rhwydwaith rhannu adnoddau organau yr Unol Daleithiau (UNOS), mae un claf yn marw bob 1.5 awr oherwydd na all aros am drawsblaniad organ addas, ac mae angen llawdriniaethau atgyweirio meinwe ar fwy nag 8 miliwn o gleifion bob blwyddyn. Yn Tsieina, yn ôl ystadegau, mae angen trawsblannu organau tua 1.5 miliwn o bobl bob blwyddyn oherwydd methiant organau cam olaf, ond dim ond tua 10000 o bobl all dderbyn triniaeth trawsblannu organau bob blwyddyn, ac ni all ffynhonnell gyfyngedig organau byw ddiwallu anghenion cleifion.

Gan gymryd trawsblannu aren fel enghraifft, mae 3000 o gleifion yn cael eu trawsblannu bob blwyddyn, ac mae'r galw mor uchel â 300000. Dim ond wrth aros am ligandau y gall y rhan fwyaf o gleifion ddirywio neu hyd yn oed farw. Ar yr un pryd, mae nifer y cleifion sydd angen trawsblannu organau yn Tsieina yn dal i gynyddu mwy na 10 y cant bob blwyddyn. Yn ogystal, mae adweithiau gwrthod imiwnedd ar ôl trawsblannu organau, sy'n gofyn am driniaeth gwrthimiwnedd hirdymor.

Yn wyneb hyn, mae angen dull effeithiol ar frys i ddatrys y prinder organau rhoddwyr a'r adwaith gwrthod wrth drawsblannu organau. Mae ymddangosiad a datblygiad cyflym technoleg argraffu 3D biolegol yn darparu datrysiad newydd sbon i broblem prinder meinwe neu organau - gall argraffu 3D biolegol argraffu organau byw neu feinweoedd in vitro neu in vivo yn uniongyrchol gan ddefnyddio celloedd byw sy'n deillio o'u bôn-gelloedd oedolion eu hunain. wedi'i ysgogi a'i wahaniaethu mewn vitro fel deunyddiau crai, gan ddisodli organau neu feinweoedd â swyddogaethau coll.

Ar hyn o bryd, mae argraffu 3D biolegol wedi cyflawni rhai cyflawniadau ym maes trawsblannu organau, ac fe'i cymhwyswyd i adfywio ac ailadeiladu croen, asgwrn, pibellau gwaed artiffisial, sblintiau fasgwlaidd, meinweoedd y galon a strwythurau cartilag.

Ar y llaw arall, mae angen modelau in vitro mwy cywir ar yr ymchwil mecanwaith meddygol presennol. Mae datrysiadau traddodiadol yn aml yn seiliedig ar ddiwylliant celloedd dau-ddimensiwn ac arbrofion anifeiliaid. Fodd bynnag, mae'r dull sy'n seiliedig ar ddiwylliant celloedd dau ddimensiwn yn wahanol iawn i'r amgylchedd tri dimensiwn yn y corff go iawn, ac mewn rhai achosion, efallai y bydd canlyniadau gwrthgyferbyniol, sy'n gwneud y gwerth cyfeirio yn gyfyngedig. Yn ogystal â llawer o broblemau moesegol mewn arbrofion anifeiliaid, y peth pwysicaf yw bod gwahaniaeth mawr rhwng amgylchedd mewnol anifeiliaid a'r amgylchedd dynol.

Mewn geiriau eraill, os gellir defnyddio celloedd dynol i ail-greu amgylchedd tri dimensiwn meinweoedd neu organau in vitro, gellir gwneud iawn am ddiffygion datrysiadau presennol, ac yn ddiamau, gellir defnyddio adeiladu meinweoedd neu organau mewn vitro yn eang mewn cyffuriau. sgrinio ac archwilio mecanwaith clefydau.

Yr hyn a ddaw yn sgil hyn i bobl yw naid ymlaen mewn meddygaeth fanwl a meddygaeth bersonol. Wedi'r cyfan, mae nodweddion a gwahaniaethau arbennig yn strwythur corfforol a chyflyrau patholegol pob person, yn enwedig ar gyfer cleifion â chyflyrau cymhleth a phrin. O ystyried y risg uchel o lawdriniaeth, gall meddygon argraffu rhannau patholegol y claf mewn cymhareb 1: 1 gyda chymorth technoleg argraffu 3D, er mwyn cynnal cynllunio cyn llawdriniaeth a driliau manwl gywir ar gyfer achosion cymhleth, prin ac anodd.

Gall hyn nid yn unig ddarparu data strwythurol tri dimensiwn cywir i feddygon ar gyfer dylunio cynlluniau llawfeddygol, ond hefyd rhagolwg o'r broses lawfeddygol gyfan a gwella'r cynllunio llawfeddygol o dan y rhagosodiad o fod yn fwy greddfol a realistig, er mwyn gwella cywirdeb llawdriniaeth go iawn a lleihau y risg llawfeddygol. Yn ogystal, ar gyfer gwahanol gleifion, gall argraffu 3D canllawiau llawfeddygol personol leihau trawma a gwaedu llawdriniaeth yn effeithiol, lleihau'r amser llawdriniaeth yn fawr a gwella cywirdeb llawdriniaeth.

Felly, o'i gymharu â thechnoleg feddygol draddodiadol, ar sail parchu a meistroli gwahaniaethau unigol, gall technoleg argraffu 3D wireddu addasu personol gwirioneddol a gwneud triniaeth feddygol yn fwy cywir.

Mae'r dyfodol yn gynyddol glir

Yn 2003, sylweddolodd Thomas Boland o Brifysgol Clemson argraffu celloedd byw yn llwyddiannus trwy ddefnyddio argraffydd HP wedi'i addasu (h550c) a chetris inc (hp51626a), byffer PBS sy'n cynnwys celloedd ofari bochdew Tsieineaidd (CHO) a chelloedd niwronau modur embryonig llygoden fel "bio inc", ac agar ffa soia / gel colagen fel "bio-bapur", a chyhoeddodd ei bapur cyntaf ar argraffu bio gell, a adroddwyd gan gyfryngau gan gynnwys American Science Journal a CNN. Yn 2004, gwnaeth y grŵp ymchwil gais am y patent argraffu celloedd ac organau cyntaf, a chafodd yr awdurdodiad patent yn 2006. Yn ddiweddarach, awdurdodwyd y dechnoleg i Organovo, cwmni argraffu 3D biolegol enwog a restrir ar NASDAQ.

Ers hynny, mae organau printiedig 3D hefyd wedi mynd i mewn i'r lôn ddatblygu yn swyddogol ac wedi dod â llawer o obeithion i feddygaeth adfywiol. Ym mis Rhagfyr 2010, cynhyrchodd Organovo y bibell waed ddynol bioprintiedig gyntaf gan ddefnyddio MMX novogen. Ers hynny, mae'r cwmni hefyd wedi argraffu samplau bach o feinwe'r cyhyrau ysgerbydol, yr asgwrn a'r afu, wedi mewnblannu nerfau yn llwyddiannus yn yr asgwrn cefn, ac wedi pennu cynllun hirdymor i weithgynhyrchu meinweoedd dynol a drawsblannwyd. Ar y dechrau, roedd yr argraffu ar-alw hwn yn canolbwyntio'n bennaf ar atgyweirio myocardaidd, trawsblannu nerfau neu segmentau arterial, oherwydd bod y meinweoedd hyn yn gymharol fach ac yn haws eu hargraffu, ac mae'r posibilrwydd o gymhwyso clinigol hefyd yn fwy.

Yn 2012, defnyddiodd gwyddonwyr yr Alban gelloedd dynol i argraffu meinwe iau artiffisial gydag argraffydd 3D am y tro cyntaf. Yn yr un flwyddyn, creodd canolfan feddygol gyhoeddus Prifysgol Michigan trachea artiffisial trwy dechnoleg argraffu 3D, a chynhaliodd weithrediad trawsblannu organau dynol printiedig 3D cyntaf y byd. Dyma'r tro cyntaf i bobl ddefnyddio rhannau printiedig 3D i helpu i drefnu ac ad-drefnu. Fe’i cyhoeddwyd yn y New England Journal of medicine ym mis Mai 2013.

Mewn datblygiad cwbl wahanol arall ym mis Rhagfyr 2012, cyhoeddodd Organovo ei fod wedi cydweithredu ag Autodesk i gynhyrchu'r meddalwedd dylunio 3D cyntaf ar gyfer bioargraffu. Mae'n agor novogen MMX i fwy o ddefnyddwyr, gan wella argaeledd ac ymarferoldeb bioargraffu.

Fel y dywedodd Keith Murphy, cadeirydd a Phrif Swyddog Gweithredol Organovo, nod hirdymor partneriaeth newydd y cwmni ag Autodesk yw "ymdrechu i alluogi cwsmeriaid i ddylunio sefydliadau 3D eu hunain, ac yna gadael i Organovo fod yn gyfrifol am gynhyrchu". Yn union fel y gall cerflunwyr nawr uwchlwytho gemwaith newydd i weithgynhyrchwyr gemwaith, gallant argraffu gwrthrychau plastig neu fetel mewn 3D. Yn y dyfodol, gall meddygon hefyd anfon y modelau electronig o drawsblaniadau rhydweli neu organau cyfan i Organovo ar gyfer bioargraffu, ac yna bydd Organovo yn mynegi'r cynhyrchion gorffenedig yn ôl. Yn 2012, gosododd MIT Technology Review Organovo fel un o'r 50 cwmni mwyaf arloesol yn y byd, ac yn 2010, gosododd cylchgrawn Time novogen MMX fel un o ddyfeisiadau gorau'r flwyddyn.

Yn 2013, cymeradwywyd mewnblaniad penglog peek cynnyrch argraffu 3D personol cyntaf y byd (cwmni OPM Americanaidd) gan FDA. Ym mis Chwefror yr un flwyddyn, cyhoeddodd ymchwilwyr o Brifysgol Cornell yn yr Unol Daleithiau adroddiad eu bod yn defnyddio celloedd clust buchol i argraffu clustiau artiffisial mewn argraffydd 3D, y gellir ei ddefnyddio ar gyfer trawsblannu organau plant â chamffurfiadau cynhenid.

Ym mis Tachwedd 2014, lansiodd Organovo ei exvive3dtm meinwe iau dynol printiedig 3D sydd ar gael yn fasnachol ar gyfer profion cyffuriau preclinical.

Ym mis Ebrill 2015, cyhoeddodd Organovo ddata meinwe arennau celloedd cyfan bioprinted 3D cyntaf y byd yn y gynhadledd Bioleg Arbrofol yn Boston. Dim ond am ychydig ddyddiau y gall meinwe'r arennau presennol oroesi o dan amodau labordy arferol, tra gall meinwe arennau argraffedig 3D Organovo bara "o leiaf bythefnos".

Yn Tsieina, arweiniodd yr Athro Yan Yongnian o Brifysgol Tsinghua y tîm i gynnal ymchwil ar dechnoleg argraffu 3D biolegol tua 2002. Yn 2004, arweiniodd y tîm i gwblhau'r system ysgrifennu uniongyrchol celloedd ac argraffu celloedd, a sefydlodd peirianneg gweithgynhyrchu biolegol uwch yn rhyngwladol labordy, a elwir yn "y person cyntaf mewn argraffu 3D yn Tsieina".

Ym mis Awst 2013, cydweithiodd Hangzhou genovo Biotechnology Co, Ltd (regenovo yn fyr) â gwyddonwyr o Brifysgol Gwyddoniaeth Electronig a thechnoleg Hangzhou a phrifysgolion eraill i ddatblygu argraffydd 3D yn llwyddiannus a all argraffu deunyddiau biolegol a chelloedd byw ar yr un pryd. Ym mis Hydref 2015, lansiodd genefit y drydedd genhedlaeth o weithfan argraffu 3D biolegol, a oedd yn "argraffu" unedau afu yn llwyddiannus mewn sypiau ar gyfer sgrinio cyffuriau.

Y dyddiau hyn, gyda chynnydd ac aeddfedrwydd technoleg bioargraffu 3D, mae dyfodol bioargraffu 3D yn gynyddol ddisglair.

Cyn argraffu organau 3D

Fodd bynnag, nid yw dyfodol disglair yn golygu bod y broses yn llyfn. Wedi'r cyfan, mae argraffu 3D biolegol yn ddiwydiant rhyngddisgyblaethol o feddyginiaeth, gwyddorau bywyd, gwyddor deunyddiau, technoleg gwybodaeth, peirianneg meinwe, gweithgynhyrchu, treialon clinigol ac yn y blaen. Y tri chyflwr pwysicaf ar gyfer argraffu organ byw yw celloedd, sgaffaldiau ac anwythiad.

Mae technoleg cydosod celloedd uniongyrchol yn cyfeirio at gynulliad uniongyrchol o gelloedd neu ddeunyddiau matrics celloedd yn strwythurau dymunol yn ôl modelau data 3D, ac yn olaf ffurfio meinwe byw neu organ trwy ddiwylliant dilynol.

Mae technoleg cydosod celloedd anuniongyrchol yn cyfeirio at adeiladu sgaffald diwylliant celloedd gyda biomaterials, yna atodi celloedd i safleoedd cyfatebol y sgaffald yn ôl y strwythurau gofynnol trwy fodelau 3D, ac yna ysgogi celloedd i oroesi i gael eu meithrin yn feinweoedd ac organau byw.

Fodd bynnag, dylem wybod bod strwythur yr organ ei hun yn gymhleth iawn, ac mae mwy nag un gell mewn organ. Mae sut i gyflawni trefniant cymhleth o gelloedd lluosog a chynnal eu twf yn dal i fod yn broblem anodd a wynebir gan argraffu organau. Cymerwch bibellau gwaed fel enghraifft. Mae strwythur pibellau gwaed yn edrych yn syml, ond mewn gwirionedd, yn ogystal â chael haenau lluosog o wahanol strwythurau meinwe celloedd (mae pibellau gwaed nodweddiadol yn cynnwys endotheliwm, cyhyrau llyfn a ffibroblastau yn bennaf), mae gan wal y bibell waed hefyd swyddogaethau athreiddedd dethol, elastigedd wal pibellau gwaed a gwrthgeulo, sy'n ei gwneud hi'n anodd iawn cynhyrchu pibellau gwaed gweithredol in vitro i ddisodli pibellau gwaed afiach in vivo.

Yn ogystal, mae sut i sicrhau nad yw'r deunydd sgaffald yn wenwynig ac yn addas ar gyfer y corff dynol, fel y gall y celloedd dyfu'n normal, a sut i gymell twf y gell, actifadu'r organ argraffedig a disodli'r organ wreiddiol yn llwyr hefyd yn broblemau. i'w datrys.

Yn olaf, bydd defnyddio organau o'r fath hefyd yn dod â chyfres o ystyriaethau am y natur ddynol a moesoldeb. Mae amgylchedd barn gyhoeddus oddefgar sy'n caniatáu cymhwyso technolegau cysylltiedig yn dal i gael ei adeiladu. Mae'r amheuaeth hon ynghylch Argraffu organau wedi'i hadlewyrchu'n llawn yn y nofel ffuglen wyddonol fer "canolfan digwyddiad" gan nidi okolafer.

Yn y nofel, mae'r newyddion bod Arlywydd Nigeria fengmi wedi cael trawsblaniad calon wedi lledaenu fel tan gwyllt, gan achosi protest genedlaethol. Yn wahanol i ragdybiaethau'r gwyddonwyr presennol, nid yw'r galon artiffisial a baratowyd gan y ganolfan ddigwyddiad ar gyfer y llywydd bellach yn deillio o anifeiliaid, ond mae'n seiliedig ar feinwe planhigion, gan ddefnyddio bôn-gelloedd autologous a thechnoleg argraffu 3D.

Er bod y dechnoleg hon wedi aeddfedu yn y nofel, yn y nofel, mae Yiqi, y prif lawfeddyg o'r Unol Daleithiau, yn dal i boeni am effeithiolrwydd y llawdriniaeth. Os yw amheuon izzi yn ymwneud yn bennaf â llwyddiant neu fethiant y dechnoleg ei hun, mae'r gamp a lansiwyd gan nai'r arlywydd sibbi a'r cyn-gadfridog ochchuku wedi cyffwrdd â phroblem arall a ddaeth yn sgil y dechnoleg: a fydd newid mawr mewn anian ar ôl trawsblannu calon , neu hyd yn oed y posibilrwydd o gael eich rheoli? Nid yw'r dyfalu hwn yn ddyfaliad heb ei ysgogi. Yn y byd go iawn, mae llawer o gleifion trawsblaniad afu yn cael newidiadau personoliaeth o fewn cyfnod penodol o amser, ac efallai mai'r gwraidd yw'r newidiadau rheoleiddio endocrin a achosir gan adweithiau gwrthod.

Yr allwedd i'r pryder hwn yw: beth yw pobl? A ddylem ni ddibynnu ar set gyflawn o organau gwreiddiol, neu gorff a meddwl sy'n gallu meddwl a gweithredu'n annibynnol? Er bod datblygiad technoleg prin yn dibynnu ar ewyllys dynolryw, mae angen bod yn ofalus o hyd am natur ddeuol technoleg. Mae angen cydnabod bod cyfres o gwestiynau ynghylch a yw technoleg yn dda neu'n ddrwg yn aml yn llwybr anochel yn y broses o boblogeiddio technoleg, hynny yw, "yn y gorffennol, roedd yn fympwyol, nawr mae'n anodd, ac yn y dyfodol mae'n arferol". Wedi'r cyfan, pan fydd technoleg yn cael ei chreu, sut i wneud y defnydd gorau ohoni yw'r hyn sydd angen i ni ofalu amdano fwyaf.

Efallai bod organau printiedig 3D wedi addo dyfodol hardd i ni, ond cyn i'r dyfodol ddod, yr hyn y mae angen i ni ei wneud o hyd yw deall y dechnoleg hon yn gywir a pheidio â'i chynysgaeddu â rheolau moeseg dechnegol a defnyddio - mewn gwirionedd, mae argraffu 3D biolegol ymhell o gyrraedd mae gan y syniad gwreiddiol o argraffu organau, ac argraffu in vitro o organau byw y gellir eu defnyddio ar gyfer trawsblannu lawer o ffordd i fynd o hyd.

cymal pwysig