Hvordan 3D-utskrift mennesker kan være mulig en dag

Annonse

3D-utskrift er helt raseri akkurat nå; folk skriver ut maskindeler, statuer av cosplayere Din neste stevne-souvenir? En 3D-trykt statue av deg!På nerdete stevner skanner Zero Point 3D cosplayere inn i systemet sitt som digitale modeller som de deretter kan skrive ut i en rekke størrelser. Les mer , modell hjem, og til og med protesehender som ser ut som Iron Man. Men kanskje det mest interessante som nå skrives ut er menneskelig vev.

Hvordan virker det? Hva kan skrives ut? Og vil noen gang kunne trykke et fullt menneske? La oss se hva teknologien og vitenskapen har å si.

Bioprinting

Prosessen med å skrive ut vev kalles bioprinting, og teknikkene bak er ganske imponerende.

Først tas celler fra en giver og settes inn i en kultur som lar dem formere seg. Når nok celler er blitt dyrket, blir de lagt i en blekkpatron. Deretter er de lagt ned som alt annet materiale som brukes i en 3D-skriver Hva er 3D-utskrift, og hvor nøyaktig fungerer det?Tenk om du kunne skrevet ut tredimensjonale objekter rett fra en skriver i hjemmet ditt. Da jeg var liten på barneskolen, tenkte jeg at det ville være kjempebra hvis jeg kunne trykke pizza ut ...

Les mer . Strukturen er bygd lag for lag, med vekslende lag med celler og et strukturerende materiale, som kan være en vannbasert gel eller et sukkerbasert stoff (noen ganger brukes kunstig stillas også for å skape den riktige formen på stykket som er skrevet ut).

Etter at vevet er skrevet ut, begynner cellene å vokse sammen, og lukker hullene mellom dem og fyller ut den tiltenkte vevsstrukturen. Når cellene har smeltet sammen og modnet, er vevet klart for eksperimentering i laboratoriet eller transplantert til et menneske, vanligvis personen som donerte cellene i utgangspunktet.

En av de store fordelene med bioprinting vev i forhold til standard transplanteringsprosess er at vevet er opprettet med celler fra pasientens kropp, noe som reduserer sjansene for avvisning betydelig, en tilstand som følger av at kroppen ikke gjenkjenner det implanterte vev. Dette kan forårsake store problemer, og det medisinske samfunnet er ganske spent på potensialet med 3D-utskrift for å redusere forekomsten av avvisning.

Så hva har blitt bioprentet? Blodkar, bein (inkludert hodeskalle), luftrør, blære, hjerteklaffer, hud og til og med et øre er blitt vellykket opprettet med denne metoden. Et lag i Kina opprettet små nyrer som jobbet i fire måneder. Men forskere har satt synet mye høyere. Noen forskere har begynt å skrive ut levervev, selv om det fremdeles er beregnet å ta ut en hel lever å ta opptil ti dager.

Og en gruppe jobber til og med med 3D-utskrift av et menneskelig hjerte.

The Edge of Today's Bioprinting Tech

Teamet, basert på University of Louisville og ledet av cellebiolog Dr. Stuart Williams, sier at det "biofisielle" hjertet ville være en kombinasjon av naturlig og kunstige materialer, og vil sannsynligvis bli brukt til transplantasjon hos mennesker som lider av hjertesvikt som ikke er kandidater for tradisjonelle kunstige hjerter, som barn.

Han spår at teamet hans vil være i stand til å samle et helt hjerte om tre til fem år, og at menneskelige forsøk kan begynne i løpet av tiåret.

Hvis du tenker på å bygge et fly, det du gjør er å bygge enkeltdeler og deretter sette sammen. Vi gjør nøyaktig det samme med det biologiske hjertet.
Dr. Stuart Williams

Teamet sikter mot et syv dager langt vindu fra det medisinske teamet høster 50 CCs fett fra en pasient (omtrent på størrelse med to golfballer) til det tidspunktet hjertet trykkes. Bare syv dager for å skape et helt nytt hjerte. I teorien vil dette hjertet deretter brukes til å erstatte alle kunstige midler som for tiden brukes for å holde pasientens hjerte i gang.

Fremtiden

Så hvis vi kan trykke bein, blodkar, organer og hud, er det da ikke noen mening at det neste å tenke på er å trykke et fullt menneske? Det høres ut som science fiction, men som vi har sett, science fiction og virkelighet har en tendens til ikke å skille seg så mye som vi forventer Bioniske mennesker: Exoskeleton Technology definerer grenserEksoskelettforskning har vært i gang i over et århundre, noe som resulterer i en rekke levedyktige prototyper. Overraskende fokuserer de imidlertid mindre på supermenneskelig styrke og mer på å forbedre utholdenhet og livskvalitet. Les mer noen ganger. Suspend din vantro i noen minutter, og la oss gjennomføre et tankeeksperiment.

3D-utskrift av et menneske, hvis det er mulig, er fremdeles langt unna. Å skrive ut en lever og et hjerte er en ting, men å trykke en hel kropp er helt en annen. Selv om 50 CCs fett er nok til å trykke de fleste blodårene i hjertet, er det en enorm mengde materiale i mennesket kroppen, noe som betyr at vi ikke bare trenger å finne en måte å dyrke nok materiale på, men vi vil også ha det tøft å kartlegge det hele riktig.

Ta en rask titt gjennom enhver anatomi-lærebok, så ser du at det er tusenvis av bittesmå stykker som passer perfekt sammen i den riktig fungerende menneskekroppen.

Men hvor langt datamodellering har kommet, er det ikke vanskelig å forestille seg at vi etter hvert vil være i stand til å kartlegge hele menneskekroppen. Vi har kartlagt hele menneskets genom, vi har funnet måter å bruke lasere på for å skanne 3D-bilder av mennesker, og vi utvikler ny medisinsk teknologi hele tiden. Vi har til og med full simulerte deler av hjernen. Og det bringer oss til den større saken.

Sammenlignet med hjernen er resten av kroppen barns lek. Det er 100 milliarder nevroner og 100 billioner synapser i en gjennomsnittlig menneskelig hjerne. Det å være i stand til å trykke at mange nevroner, og mindre koble dem alle sammen på riktig måte, kommer til å bli ekstremt vanskelig. Vi forstår kanskje ikke engang hva bevissthet er Tenkemaskiner: Hva nevrovitenskap og kunstig intelligens kan lære oss om bevissthetKan bygging av kunstig intelligente maskiner og programvare lære oss om bevissthetens virke og menneskets sinnes natur? Les mer .

Legene har skrevet ut en kopi av en hjerne for å hjelpe dem med å forberede seg til operasjon, og har skrevet ut en stor modell av en nevron, men å komme seg ned til dette detaljnivået er langt utenfor alt vi har hatt gjort.

Selvfølgelig kan du potensielt bare bytte ut hjernen med en datamaskin, men du må fremdeles skrive ut nervesystemet, som vil også være utfordrende, spesielt når det gjelder noe som optiske nerver, som må fungere perfekt for å være noen av dem bruk.

Kan det gjøres?

3D-utskrift 5 fantastiske 3D-utskriftsapplikasjoner du må se for å troHva ville du gjort med en 3D-skriver? Hvis folk som utvikler disse applikasjonene har noe å si om det, kan du bli overrasket. Les mer et menneske, hvis det noen gang kommer til å skje, vil sannsynligvis skje langt fremover - mye lenger enn noen lesere av denne artikkelen sannsynligvis vil se.

Det vil kreve enormt mye bioteknologisk fremskritt, og noen radikale endringer i hvordan vi tenker på både teknologi og menneskekroppen. Kan det gjøres? Jeg nøler med å si "nei", fordi det er eksempler rundt oss på ting som noen en gang sa at det ikke kunne gjøres. 3D-utskrift i seg selv var science fiction Ultimate Beginner's Guide to 3D Printing3D-utskrift skulle være den nye "Industrial Revolution." Det har ikke overtatt verden ennå, men jeg er her for å snakke deg gjennom alt du trenger å vite for å komme i gang. Les mer inntil nylig. Hvis det er en ting vi vet om menneskeheten, er det at vi stadig overrasker oss selv.

Hva tror du? Vil vi noen gang se en 3D-trykt menneskekropp? Hvilke bruksområder kan dette muligens tjene? Skal vi til og med trykke menneskelige organer (ikke alle tror det)? Del tankene dine nedenfor!

Bildepoeng: 3d-skriver Via Shutterstock, Virtuelt bilde av menneskets hjerte med kardiogram, menneskelig skjelett fra bakre og fremre visning - didaktisk tavle for anatomi av menneskelig ben og muskelsystem via Shutterstock.