Τι δεν μπορεί να δημιουργήσει ένας τρισδιάστατος εκτυπωτής; Ο αριθμός των πιθανών απαντήσεων σε αυτό το ερώτημα έχει συρρικνωθεί εκθετικά τα τελευταία χρόνια, καθώς οι μηχανές υψηλής τεχνολογίας συνεχίζουν να χύνουν στερεά αντικείμενα μετά από αντικείμενα από σχέδια υπολογιστών.
Μόνο οι τελευταίοι μήνες είδαν αμέτρητα νέα προϊόντα και πρωτότυπα που κάλυπταν μια σειρά από βιομηχανίες, από ποδοσφαιράκια και στυλό μέχρι κομμάτια πυραύλων και όπλα. Τον περασμένο μήνα, η τεχνολογία βοήθησε να αντικαταστήσει το 75 τοις εκατό του κρανίου που έχει υποστεί βλάβη και αυτή την εβδομάδα αποκατέστησε το πρόσωπο ενός ανθρώπου αφού έχασε το μισό από τον καρκίνο πριν από τέσσερα χρόνια.
Σήμερα, μια νέα μελέτη υποδηλώνει ότι το 3D τυπωμένο υλικό θα μπορούσε μάλλον να μιμείται τη συμπεριφορά των κυττάρων στον ανθρώπινο ιστό. Ο μεταπτυχιακός φοιτητής Gabriel Villar και οι συνεργάτες του στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης ανέπτυξαν μικροσκοπικά στερεά που συμπεριφέρονται ως βιολογικοί ιστοί. Το λεπτό υλικό μοιάζει φυσικά με τον εγκέφαλο και τον λιπώδη ιστό και έχει τη συνοχή του μαλακού καουτσούκ.
Για να δημιουργηθεί αυτό το υλικό, μια ειδικά σχεδιασμένη μηχανή εκτύπωσης 3D ακολούθησε ένα διάγραμμα προγραμματισμένο από υπολογιστή και έβγαλε δεκάδες χιλιάδες μεμονωμένων σταγονιδίων σύμφωνα με ένα συγκεκριμένο τρισδιάστατο δίκτυο. Όπως φαίνεται στο παραπάνω βίντεο, τα ακροφύσια του κινήθηκαν σε διάφορες γωνίες για να καθορίσουν τη θέση κάθε μικροσκοπικής χάντρας. Κάθε σταγόνα ζυγίζει περίπου ένα picolter - δηλαδή ένα τρισεκατομμύριο λίτρο - μια μονάδα που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του μεγέθους σταγονιδίων εκτυπωτών inkjet, των οποίων η τεχνολογία ακροφυσίων λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο για να εδραιώσει μικροσκοπικές στιγμές υγρού σε πλήρεις εικόνες και λέξεις σε χαρτί.
Τα σταγονίδια υγρού περιείχαν βιοχημικά που βρέθηκαν στα κύτταρα ιστών. Επικαλυμμένα σε λιπίδια-λίπη και έλαια- τα μικροσκοπικά υδατικά διαμερίσματα κολλούν μεταξύ τους, σχηματίζοντας ένα συνεκτικό και αυτοσυντηρούμενο σχήμα, με κάθε σφαιρίδιο να χωρίζεται από μια λεπτή, μεμονωμένη μεμβράνη παρόμοια με τις λιπιδικές διπλοστοιβάδες που προστατεύουν τα κύτταρα μας.
Αρκετά δίκτυα σταγονιδίων με εκτύπωση 3D. Η εικόνα προσφέρθηκε από τους Gabriel Villar, Alexander D. Graham και Hagan Bayley (Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης)
Τα σχήματα που σχημάτισαν τα εκτυπωμένα σταγονίδια παρέμειναν σταθερά για αρκετές εβδομάδες. Εάν οι ερευνητές υποχωρήσουν ελαφρώς το υλικό, τα σταγονίδια θα μπορούσαν να μετακινηθούν, αλλά μόνο προσωρινά. Ο ιστός που κατασκευάστηκε γρήγορα ξεκίνησε στην αρχική του μορφή, ένα επίπεδο ελαστικότητας που οι ερευνητές λένε ότι είναι συγκρίσιμο με τα κύτταρα των μαλακών ιστών στους ανθρώπους. Το περίπλοκο πλέγμα των λιπιδικών διπλοστοιχείων του δικτύου φαινόταν να κρατάει μαζί τα "κελιά".
Σε μερικά από τα δίκτυα σταγονιδίων, ο τρισδιάστατος εκτυπωτής δημιούργησε πόρους στη λιπιδική μεμβράνη. Οι οπές μιμούνται διαύλους πρωτεΐνης μέσα στα φράγματα που προστατεύουν τα πραγματικά κύτταρα, φιλτράροντας μόρια σημαντικά για τη λειτουργία των κυττάρων μέσα και έξω. Οι ερευνητές εγχύονται στους πόρους ένα είδος μορίου που είναι σημαντικό για την επικοινωνία κυψέλης προς κύτταρο, το οποίο παρέχει σήματα σε πολλά κύτταρα έτσι ώστε να λειτουργούν μαζί ως ομάδα. Ενώ το 3D-τυπωμένο υλικό δεν μπόρεσε να αναπαράγει ακριβώς πώς τα κύτταρα διαδίδουν σήματα, οι ερευνητές λένε ότι η μετακίνηση του μορίου μέσω καθορισμένων οδών μοιάζει με την ηλεκτρική επικοινωνία των νευρώνων στον εγκεφαλικό ιστό
Το νερό διαπέρασε εύκολα τις μεμβράνες του δικτύου, ακόμη και όταν οι πόροι δεν είχαν ενσωματωθεί στη δομή του. Τα σταγονίδια διογκώθηκαν και συρρικνώθηκαν από τη διαδικασία της όσμωσης, προσπαθώντας να δημιουργήσουν ισορροπία μεταξύ της ποσότητας νερού που περιείχαν και του ποσού που τους περιβάλλει στο εξωτερικό. Η κίνηση του νερού ήταν αρκετή για να ανυψώσει τα σταγονίδια από τη βαρύτητα, τραβώντας και αναδιπλώνοντάς τα, μιμώντας μυϊκή δραστηριότητα στον ανθρώπινο ιστό.
Οι ερευνητές ελπίζουν ότι αυτά τα δίκτυα σταγονιδίων θα μπορούσαν να προγραμματιστούν για την απελευθέρωση φαρμάκων μετά από ένα φυσιολογικό σήμα. Τα τυπωμένα κελιά θα μπορούσαν κάποια μέρα να ενσωματωθούν σε κατεστραμμένους ή αποτυχημένους ιστούς, παρέχοντας επιπλέον ικριώματα ή ακόμα και αντικατάσταση των προβληματικών κυττάρων, ίσως ακόμη και να αντικαταστήσει μερικά από τα 1, 5 εκατομμύρια μεταμοσχεύσεις ιστών που λαμβάνουν χώρα στις Ηνωμένες Πολιτείες κάθε χρόνο. Το δυναμικό φαίνεται μεγαλύτερο για μεταμοσχεύσεις εγκεφαλικού ιστού, καθώς οι ιατροί μηχανικοί προσπαθούν επί του παρόντος να αναπτύξουν εγκεφαλικά κύτταρα στο εργαστήριο για να θεραπεύσουν προοδευτικές ασθένειες όπως η νόσος του Huntington, η οποία καταστρέφει αργά τα νευρικά κύτταρα.
Είτε είναι ένας αυξανόμενος ανθρώπινος ιστός ή ολόκληρα αυτιά, η τεχνολογία 3D εκτύπωσης βρίσκεται σε πλήρη εξέλιξη στον τομέα της ιατρικής και οι αμέτρητοι ερευνητές αναμφισβήτητα θα πηδήξουν στην επόμενη χρονιά.
