İçerik
- Tıbbı 3D Yazıcılarla Dönüştürmek
- 3D Yazıcı Nasıl Çalışır?
- Kulak Yapmak
- Kalıp ve İskele Arasındaki Fark
- Basılı Kulakların Olası Faydaları
- Alt Çene Yazdırma
- Protezler ve İmplante Edilebilir Ürünler
- Daha fazla örnek
- Canlı Hücrelerle Biyolojik Baskı: Olası Bir Gelecek
- Organ ve Doku Değişimi
- Bazı Bioprinting Başarıları
- Kalbin Parçalarını Yazdırma
- Kornea Oluşturmak
- Bir Çip Üzerindeki Mini Organ, Organoid veya Organların Faydaları
- Akciğeri Taklit Eden Bir Yapı
- Biyolojik Baskı için Bazı Zorluklar
- Referanslar
Linda Crampton, uzun yıllar lise öğrencilerine fen ve bilgi teknolojisi öğretti. Yeni teknolojiyi öğrenmekten hoşlanıyor.
Tıbbı 3D Yazıcılarla Dönüştürmek
3D baskı, birçok yararlı uygulamaya sahip olan, teknolojinin heyecan verici bir yönüdür. 3D yazıcıların büyüleyici ve potansiyel olarak çok önemli bir uygulaması, tıpta kullanılabilecek malzemelerin oluşturulmasıdır. Bu malzemeler, implante edilebilir tıbbi cihazları, yapay vücut parçalarını veya protezleri ve özelleştirilmiş tıbbi aletleri içerir. Ayrıca, canlı insan dokusunun basılı parçalarının yanı sıra mini organları da içerirler. Gelecekte implante edilebilir organlar basılabilir.
3B yazıcılar, bir bilgisayarın belleğinde depolanan dijital bir modeli temel alan katı, üç boyutlu nesneleri yazdırma yeteneğine sahiptir. Yaygın bir baskı ortamı, baskıdan sonra katılaşan sıvı plastiktir, ancak başka ortamlar da mevcuttur. Bunlara toz metal ve canlı hücreler içeren "mürekkepler" dahildir.
Matbaacıların insan vücudu ile uyumlu malzemeler üretme yeteneği hızla gelişiyor. Materyallerin bir kısmı zaten tıpta kullanılırken, diğerleri hala deney aşamasındadır. Soruşturmada birçok araştırmacı yer alıyor. 3D baskı, tıbbi tedaviyi dönüştürme konusunda baştan çıkarıcı bir potansiyele sahiptir.
3D Yazıcı Nasıl Çalışır?
Bir yazıcı tarafından üç boyutlu bir nesne oluşturmanın ilk adımı, nesneyi tasarlamaktır. Bu bir CAD (Bilgisayar Destekli Tasarım) programında yapılır. Tasarım bittiğinde, başka bir program nesneyi bir dizi katmanda üretmek için talimatlar oluşturur. Bu ikinci program bazen bir dilimleme programı veya dilimleme yazılımı olarak bilinir, çünkü nesnenin tamamı için CAD kodunu bir dizi dilim veya yatay katman için koda dönüştürür. Katmanlar yüzlerce hatta binlerce olabilir.
Yazıcı, nesnenin altından başlayıp yukarı doğru çalışarak, dilimleme programının talimatlarına göre malzeme katmanlarını biriktirerek nesneyi oluşturur. Birbirini izleyen katmanlar bir araya getirilir. Süreç, eklemeli üretim olarak adlandırılır.
Plastik filament, özellikle tüketiciye yönelik yazıcılarda, genellikle 3D baskı için bir ortam olarak kullanılır. Yazıcı filamanı eritir ve ardından sıcak plastiği bir nozülden çıkarır. Meme, bir nesne oluşturmak için sıvı plastiği serbest bırakırken tüm boyutlarda hareket eder. Memenin hareketi ve ekstrüde edilen plastik miktarı dilimleme programı tarafından kontrol edilir. Sıcak plastik, nozülden çıkarıldıktan hemen sonra katılaşır. Diğer baskı ortamı türleri özel amaçlar için mevcuttur.
Kulağın vücudun dışından görülebilen kısmı kulak kepçesi veya kulak kepçesi olarak bilinir. Kulağın geri kalanı kafatasında bulunur. Kulak kepçesinin işlevi ses dalgalarını toplamak ve kulağın bir sonraki bölümüne göndermektir.
Kulak Yapmak
Şubat 2013'te Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Cornell Üniversitesi'ndeki bilim adamları, 3D baskı yardımıyla kulak kepçesi yapabildiklerini açıkladılar. Cornell bilim adamlarının izlediği adımlar aşağıdaki gibiydi.
- Bir CAD programında bir kulak modeli oluşturuldu. Araştırmacılar, bu modelin temeli olarak gerçek kulakların fotoğraflarını kullandılar.
- Kulak modeli, kulak şeklinde bir kalıp oluşturmak için plastik kullanılarak bir 3D yazıcı tarafından basıldı.
- Kalıbın içine kolajen adı verilen bir protein içeren bir hidrojel yerleştirildi. Hidrojel, su içeren bir jeldir.
- Kondrositler (kıkırdak üreten hücreler) bir ineğin kulağından elde edildi ve kolajene eklendi.
- Kolajen kulak, bir laboratuar kabındaki bir besleyici çözeltiye yerleştirildi. Kulak çözelti içindeyken, kondrositlerin bir kısmı kolajenin yerini aldı.
- Kulak daha sonra bir farenin arkasına derisinin altına yerleştirildi.
- Üç ay sonra, kulaktaki kolajen tamamen kıkırdak ile değiştirildi ve kulak şeklini ve çevresindeki sıçan hücrelerinden farklılığını korudu.
Kalıp ve İskele Arasındaki Fark
Yukarıda açıklanan kulak yaratma sürecinde, plastik kulak inert bir kalıptı. Tek işlevi, kulağa doğru şekli sağlamaktı. Kalıbın içinde oluşan kollajen kulak, kondrositler için bir iskele görevi gördü. Doku mühendisliğinde iskele, üzerinde belirli bir şekle sahip ve hücrelerin içinde büyüdüğü biyo-uyumlu bir malzemedir. İskele sadece doğru şekle sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda hücrelerin yaşamını destekleyen özelliklere de sahiptir.
Orijinal kulak oluşturma işlemi gerçekleştirildiğinden beri, Cornell araştırmacıları, bir kulak yapmak için gereken doğru şekle sahip bir kolajen iskelesi basmanın bir yolunu buldular ve plastik kalıp ihtiyacını ortadan kaldırdılar.
Basılı Kulakların Olası Faydaları
Yazıcı yardımı ile yapılan kulaklar, yaralanma veya hastalık nedeniyle kendi kulaklarını kaybetmiş kişiler için faydalı olabilir. Kulakları olmadan doğan veya düzgün gelişmemiş insanlara da yardım edebilirler.
Şu anda, bazen hastanın kaburgasındaki kıkırdaktan yedek kulaklar yapılmaktadır. Kıkırdağın alınması hasta için tatsız bir deneyimdir ve kaburgaya zarar verebilir. Ayrıca ortaya çıkan kulak çok doğal görünmeyebilir. Kulaklar da yapay bir malzemeden yapılır, ancak bir kez daha sonuç tamamen tatmin edici olmayabilir. Baskılı kulaklar daha çok doğal kulaklara benzeme ve daha verimli çalışma potansiyeline sahiptir.
Mart 2013'te Oxford Performance Materials adlı bir şirket, bir adamın kafatasının% 75'ini basılı bir polimer kafatasıyla değiştirdiklerini bildirdi. 3B yazıcılar ayrıca protez uzuvlar, işitme cihazları ve diş implantları gibi sağlık bakım cihazlarının yapımında da kullanılır.
Alt Çene Yazdırma
Şubat 2012'de Hollandalı bilim adamları, bir 3D yazıcı ile yapay bir alt çene oluşturduklarını ve bunu 83 yaşındaki bir kadının yüzüne yerleştirdiklerini bildirdi. Çene, ısıyla kaynaşmış titanyum metal tozu katmanlarından yapılmıştır ve bir biyoseramik kaplama ile kaplanmıştır. Biyoseramik malzemeler insan dokusuyla uyumludur.
Kadına yapay çene takıldı çünkü kendi alt çenesinde kronik kemik enfeksiyonu vardı. Doktorlar, geleneksel yüz rekonstrüksiyon ameliyatının kadın için yaşı nedeniyle çok riskli olduğunu düşünüyorlardı.
Çenenin hareket ettirilebilmesi için eklemleri, kas bağlanması için boşluklar ve kan damarları ve sinirler için oluklar vardı. Kadın anesteziden uyanır uyanmaz birkaç kelime söyleyebildi. Ertesi gün yutmayı başardı. Dört gün sonra eve gitti. Sahte dişlerin daha sonraki bir tarihte çeneye yerleştirilmesi planlandı.
Basılı yapılar ayrıca tıp eğitiminde ve ameliyat öncesi planlamada kullanılmaktadır. Bir hastanın tıbbi taramalarından oluşturulan üç boyutlu bir model, hastanın vücudundaki belirli koşulları gösterebildiği için cerrahlar için çok yararlı olabilir. Bu karmaşık cerrahiyi basitleştirebilir.
Protezler ve İmplante Edilebilir Ürünler
Yukarıda açıklanan metal çene, bir tür protez veya yapay vücut parçasıdır. Protez üretimi, 3D yazıcıların önem kazandığı bir alandır. Bazı hastanelerin artık kendi yazıcıları var veya yazıcısı olan bir tıbbi malzeme şirketi ile işbirliği içinde çalışıyorlar.
3D baskı ile bir protezin oluşturulması, geleneksel imalat yöntemleriyle yaratılmaya göre genellikle daha hızlı ve daha ucuz bir süreçtir. Ek olarak, bir cihaz kişi için özel olarak tasarlandığında ve yazdırıldığında, bir hasta için özelleştirilmiş bir uyum oluşturmak daha kolaydır. Hastane taramaları, özel cihazlar oluşturmak için kullanılabilir.
Yedek uzuvlar bugün, en azından dünyanın bazı bölgelerinde, genellikle 3 boyutlu olarak basılmaktadır. Basılı kollar ve eller genellikle geleneksel yöntemlerle üretilenlerden çok daha ucuzdur. Bir 3D baskı şirketi, çocuklar için renkli ve eğlenceli protez eller yaratmak için Walt Disney ile çalışıyor. Girişim, daha uygun fiyatlı ve daha ucuz bir ürün yaratmanın yanı sıra, "çocukların protezlerini utanç veya sınırlama yerine heyecan kaynağı olarak görmelerine yardımcı olmayı" hedefliyor.
Daha fazla örnek
- 2015'in sonlarında, baskılı omurlar bir hastaya başarıyla yerleştirildi. Hastalara ayrıca baskılı bir göğüs kafesi ve bir göğüs kafesi takıldı.
- Gelişmiş diş implantları üretmek için 3D baskı kullanılır.
- Yedek kalça eklemleri genellikle yazdırılır.
- Bir hastanın vücudundaki belirli bir boyuta ve şekle uyan kateterler yakında yaygın hale gelebilir.
- 3D baskı genellikle işitme cihazlarının üretiminde yer alır.
Canlı Hücrelerle Biyolojik Baskı: Olası Bir Gelecek
Canlı hücrelerle baskı veya biyo-baskı bugün yapılıyor. Bu hassas bir süreç. Hücreler çok ısınmamalıdır. Çoğu 3B yazdırma yöntemi, hücreleri öldürecek yüksek sıcaklıkları içerir. Ayrıca hücreler için taşıyıcı sıvının onlara zarar vermemesi gerekir. İçerdiği sıvı ve hücreler biyo-mürekkep (veya biyoink) olarak bilinir.
Organ ve Doku Değişimi
Hasar görmüş organların 3 boyutlu yazıcılardan yapılmış organlarla değiştirilmesi tıpta harika bir devrim olacaktır. Şu anda, ihtiyacı olan herkese yeteri kadar bağışlanmış organ yok.
Plan, ihtiyaç duyduğu bir organı yazdırmak için hastanın kendi vücudundan hücre almaktır. Bu işlem organ reddini önlemelidir. Hücreler büyük olasılıkla, doğru şekilde uyarıldıklarında diğer hücre tiplerini üretebilen uzmanlaşmamış hücreler olan kök hücreler olacaktır. Farklı hücre türleri, yazıcı tarafından doğru sırada bırakılacaktır. Araştırmacılar, en azından bazı insan hücrelerinin, biriktirildiklerinde kendilerini organize etme konusunda inanılmaz bir yeteneğe sahip olduklarını keşfediyorlar ki bu, bir organ oluşturma sürecinde çok yardımcı olacaktır.
Canlı doku yapmak için biyoprinter olarak bilinen özel bir 3D yazıcı türü kullanılır. Doku yapmanın yaygın bir yönteminde, bir iskele oluşturmak için bir yazıcı kafasından bir hidrojel basılır. Her biri binlerce hücre içeren küçük sıvı damlacıkları, başka bir yazıcı kafasından iskeleye basılır. Damlacıklar kısa sürede birleşir ve hücreler birbirine bağlanır. İstenilen yapı oluştuğunda hidrojel iskelesi kaldırılır.Suda çözünürse soyulabilir veya yıkanabilir. Biyolojik olarak parçalanabilen iskeleler de kullanılabilir. Bunlar yavaş yavaş yaşayan bir vücut içinde parçalanır.
Tıpta nakil, bir organ veya dokunun bir vericiden bir alıcıya aktarılmasıdır. İmplant, yapay bir cihazın hastanın vücuduna yerleştirilmesidir. 3D biyoyazıcı bu iki uç nokta arasında bir yere denk geliyor. Bir biyo yazıcı tarafından üretilen öğelere atıfta bulunulurken hem "transplant" hem de "implant" kullanılır.
Bazı Bioprinting Başarıları
3D yazıcılar tarafından oluşturulan cansız implantlar ve protezler zaten insanlarda kullanılmaktadır. Canlı hücreler içeren implantların kullanımı daha fazla araştırma yapılmasını gerektirmektedir. Tüm organlar henüz 3D baskı ile oluşturulamaz, ancak organların bölümleri yapılabilir. Atabilen kalp kası yamaları, deri yamaları, kan damarı bölümleri ve diz kıkırdağı gibi birçok farklı yapı basılmıştır. Bunlar henüz insanlara yerleştirilmedi. 2017'de bilim adamları, implantasyon için insan derisi yaratabilen bir yazıcı prototipini sundular ve 2018'de diğer bilim adamları, bir gün gözlerdeki hasarı onarmak için kullanılabilecek bir işlemle korneaları bastılar.
2016'da bazı umut verici keşifler bildirildi. Bir grup bilim insanı, farelerin derisinin altına üç tür biyo-baskılı yapı yerleştirdi. Bunlar arasında bebek büyüklüğünde bir insan kulak kepçesi, bir parça kas ve bir insan çene kemiği bölümü vardı. Çevreden gelen kan damarları, farelerin bedenlerindeyken tüm bu yapılara uzanıyordu. Dokuları canlı tutmak için kan sağlanması gerektiğinden bu heyecan verici bir gelişmeydi. Kan, besinleri canlı dokulara taşır ve atıklarını alır.
Ayrıca implante edilen yapıların kan damarları gelişene kadar hayatta kalabildiklerini not etmek de heyecan vericiydi. Bu başarı, besinlerin kendilerine girmesine izin veren yapılarda küçük gözeneklerin varlığı ile başarıldı.
Kalbin Parçalarını Yazdırma
Kornea Oluşturmak
İngiltere'deki Newcastle Üniversitesi'ndeki bilim adamları, 3 boyutlu yazdırılmış kornealar oluşturdu. Kornea, gözlerimizin en dıştaki şeffaf kaplamasıdır. Bu kaplamanın ciddi şekilde hasar görmesi körlüğe neden olabilir. Kornea nakli genellikle sorunu çözer, ancak ihtiyacı olan herkese yardımcı olacak yeterli kornea yoktur.
Bilim adamları, sağlıklı bir insan korneasından kök hücreler elde ettiler. Hücreler daha sonra aljinat ve kolajenden yapılmış bir jele yerleştirildi. Jel, hücreleri yazıcının tek nozülünden geçerken korudu. Jeli ve hücreleri doğru şekilde basmak için on dakikadan daha az bir süre gerekti. Şekil, bir kişinin gözü taranarak elde edildi. (Tıbbi bir durumda hastanın gözü taranır.) Jel ve hücre karışımı basıldıktan sonra, kök hücreler tam bir kornea üretti.
Baskı işlemi ile yapılan kornealar henüz insan gözüne yerleştirilmemiştir. Muhtemelen onlardan önce biraz zaman alacak. Ancak birçok insana yardım etme potansiyeline sahipler.
Doğru zamanda insan vücudunun belirli bir bölümünü yapmak için gereken özel hücreleri üretmek için kök hücreleri uyarmak başlı başına bir zorluktur. Ancak bu bizim için harika faydalar sağlayabilecek bir süreç.
Bir Çip Üzerindeki Mini Organ, Organoid veya Organların Faydaları
Bilim adamları, 3 boyutlu baskı ile (ve diğer yöntemlerle) mini organlar oluşturabildiler. "Mini organlar", organların minyatür versiyonları, organ bölümleri veya belirli organlardan doku parçalarıdır. Mini organ terimine ek olarak çeşitli isimlerle anılırlar. Basılı kreasyonlar, tam boyutlu organda bulunan her tür yapıyı içermeyebilir, ancak bunlar iyi tahminlerdir. Araştırmalar, implante edilememelerine rağmen önemli kullanımları olabileceğini gösteriyor.
Mini organlar her zaman rastgele bir donör tarafından sağlanan hücrelerden üretilmez. Bunun yerine, genellikle hastalığı olan bir kişinin hücrelerinden yapılırlar. Araştırmacılar, ilaçların mini organ üzerindeki etkilerini kontrol edebilirler. Bir ilacın yararlı ve zararlı olmadığı tespit edilirse hastaya verilebilir. Bu işlemin birçok avantajı vardır. Birincisi, hastanın bir hastalığın spesifik versiyonu ve spesifik genomu için faydalı olması muhtemel bir ilacın kullanılabilmesidir, bu da başarılı bir tedavi olasılığını arttırır. Bir diğeri ise, doktorların, ilacın etkili olabileceğini gösterebilirlerse, hasta için alışılmadık veya normal olarak pahalı bir ilacı elde edebilmesidir. Ek olarak, mini organlarda ilaç testi yapmak, laboratuar hayvanlarına olan ihtiyacı azaltabilir.
Akciğeri Taklit Eden Bir Yapı
2019'da Rice Üniversitesi ve Washington Üniversitesi'ndeki bilim adamları, hareket halindeki bir insan akciğerini taklit eden mini bir organ yarattıklarını gösterdiler. Mini akciğer bir hidrojelden yapılmıştır. Düzenli aralıklarla hava ile doldurulan küçük, akciğer benzeri bir yapı içerir. Yapıyı kanla dolu bir damar ağı çevreliyor.
Uyarıldığında, simüle edilmiş akciğer ve damarları kırılmadan ritmik olarak genişler ve büzülür. Video, yapının nasıl çalıştığını gösterir. Organoid tam boyutlu olmasa ve bir insan akciğerindeki tüm dokuları taklit etmese de, akciğer gibi hareket etme kabiliyeti çok önemli bir gelişmedir.
Biyolojik Baskı için Bazı Zorluklar
İmplantasyona uygun bir organ oluşturmak zor bir iştir. Bir organ, belirli bir düzende düzenlenmiş farklı hücre tiplerini ve dokuları içeren karmaşık bir yapıdır. Ek olarak, organlar embriyonik gelişim sırasında geliştikçe, ince yapılarının ve karmaşık davranışlarının düzgün bir şekilde gelişmesini sağlayan kimyasal sinyaller alırlar. Yapay olarak bir organ yaratmaya çalıştığımızda bu sinyaller eksik.
Bazı bilim adamları, ilk başta ve belki de bir süre sonra, bir organın tüm işlevleri yerine tek bir işlevini yerine getirebilen vücuda yerleştirilebilir yapılar basacağımızı düşünüyor. Bu daha basit yapılar, vücuttaki ciddi bir kusuru telafi ediyorlarsa çok faydalı olabilir.
Biyolojik olarak basılmış organların implantlar için mevcut olması muhtemeldir, ancak bundan önce teknolojinin yeni faydalarını görebiliriz. Araştırma hızı artıyor gibi görünüyor. Tıpla ilgili olarak 3D baskının geleceği çok ilginç ve heyecan verici olmalıdır.
Referanslar
- Smithsonian Magazine'den bir 3D yazıcı ve canlı kıkırdak hücreleri tarafından oluşturulan yapay bir kulak.
- BBC'den (British Broadcasting Corporation) bir 3D yazıcı ile yapılan nakil çenesi
- Amerikan Makine Mühendisleri Derneği'nden renkli 3B baskılı eller
- Bioprinter, The Guardian'dan nakil için laboratuvarda ısmarlama vücut parçaları oluşturur
- EurekAlert haber hizmetinden ilk 3 boyutlu yazdırılmış insan korneası
- 3D yazıcı, New Scientist'ten bugüne kadarki en küçük insan karaciğerini yapıyor
- New Scientist'ten 3 boyutlu mini basılmış organlar atan kalp ve karaciğeri taklit ediyor
- Popular Mechanics'ten akciğerleri taklit eden bir organ
- Yeni 3D yazıcı, Science Alert'ten canlı hücrelerden gerçek boyutlu kulak, kas ve kemik dokusu üretir
- Phys.org yeni hizmetinden insan derisini basmak için 3-D biyo yazıcı
Bu makale doğru ve yazarın bildiği kadarıyla doğrudur. İçerik yalnızca bilgilendirme veya eğlence amaçlıdır ve ticari, mali, hukuki veya teknik konularda kişisel danışmanlık veya profesyonel tavsiyelerin yerini almaz.
