0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Медицина будущего: можно ли лечиться через соцсети и жить с органами, напечатанными на 3D-принтере

Биопечать органов на 3D принтере, как это работает?

Биопечать – это относительно новое направление в развитие медицины, которое появилось благодаря стремительному развитию аддитивных технологий.

В настоящее время ученые всего мира усиленно работают над созданием многофункциональных принтеров, способных печатать работоспособные органы, такие как сердце, почки и печень.

Примечательно, что уже сегодня опытные образцы биопринтеров способны напечатать костные и хрящевые импланты, а также создать сложные биологические продукты питание, в состав которых входят жиры, белки, углеводы и витамины.

От офисного принтера к сложной биомеханической машине

Первые принтеры для биопечати были далеко не совершенными. Для первых экспериментов ученые использовали обычные настольные струйные аппараты, модернизированные в рабочих условиях.

В 2000-м году биоинженер Томас Боланд перенастроил настольные принтеры Lexmark и HP для печати фрагментов ДНК.

Оказалось, что размер человеческих клеток сопоставим с размерами капли стандартных чернил и составляет примерно 10 микрон. Исследования показали, что 90% клеток сохраняют жизнеспособность в процессе биопечати.

В 2003 году Томас Боланд запатентировал технологию печати клетками. С этого момента печать органов на 3D принтере перестала казаться фантастикой. За два десятилетия частные исследования в лабораторных условиях превратились в стремительно расширяющуюся индустрию, которой подвластны печать ушных раковин, клапанов сердца, трубок сосудов, а также воссоздание костной ткани и кожи для последующей пересадки.

В 2007 году биопечать стала приобретать коммерческие очертания. Сначала ученым удалось заполучить свыше $600000 на развитие биопринтинга, однако уже в 2011 году объемы инвестиций возросли до $24,7 миллиона в год.

Сегодня под общим названием «биопринтинг» скрываются сразу несколько косвенно связанных технологий биопечати. Для создания органов на 3D принтере могут использоваться фоточувствительный гидрогель, порошковый наполнитель или специальная жидкость.

В зависимости от используемой машины, рабочий материал подается из диспенсера под видом постоянной струи или дозированными капельками. Такой подход используется для создания мягких тканей с низкой плотностью клеток – штучной кожи и хрящей. Костные испланты печатаются методом послойного наплавления из полимеров натурального происхождения.

От теории к практике 3D-биопечати

Первый удачный эксперимент по созданию органов на 3D принтере состоялся в 2006 году. Группа биоинженеров из Wake Forest Institute for Regenerative Medicine разработала и напечатала для семерых подопытных пациентов мочевые пузыри.

Врачи использовали стволовые клетки пациентов для создания искусственного органа. Образцы донорской ткани в специальной герметичной камере с помощью экструдера нанесли поверх макета мочевого пузыря, нагретого до естественной температуры человеческого тела.

Через 6-8 недель в ходе интенсивного роста и последующего деления клетки воссоздали человеческий орган.

Печатью органов на 3D принтере в полном объеме занимаются всего несколько компаний. Наибольших успехов на данной стези достигли инженеры американской компании Organovo, сумевшие напечатать печеночную ткань.

В 2014 году фармкомпании вложили в деятельность Organovo свыше 500 000 долларов.

Швейцарская компания RegenHu вплотную приблизилась к успехам американских коллег. Европейским разработчиком удалось создать лазерный и диспенсерный биопринтеры, печатающие биобумагой.

В свою очередь, японская компания CyFuse работает над моделированием клеточных соединений с помощью сфероидов, нанизанных на микроскопические жезлы.

Вначале 2014 года компания RCC заручившись поддержкой специалистов из Nano3D Biosciences создали первый коммерческий биопринтер. Аппарат не предназначен для печати органов, зато помогает фармацевтам исследовать медицинские препараты.

Вполне возможно, что в недалеком будущем продукция компании Rainbow Coral Corp будет повсеместно использоваться для изготовления фармацевтических препаратов.

Ученые из стран СНГ не отстают от западных коллег. Недавно в России успешно завершились биологические исследования, инициированные компанией «3Д Биопринтинг Солюшенс».

Бионженерам удалось напечатать жизнеспособную 3D-модель щитовидной железы. Штучный орган, напечатанный на принтере, успешно пересадили подопытной мыши. В ходе эксперимента использовался инновационный отечественный 3D-принтер 3DBio.

Детальнее узнать, как проходили исследования в лаборатории «3Д Биопринтинг Солюшенс» можно ознакомившись с видеороликом:

В ноябре 2014 мир всколыхнула новость о том, что специалистам компании Organovo удалось напечатать печень на 3D принтере. На этот раз американские ученые успешно воссоздали рабочую человеческую ткань, которая сохраняла свои способности в течение 5 недель.

Напечатанный орган предназначался для тестирования лекарственных препаратов, однако изобретали не отрицают, что в скором времени приспособят свое оборудование для создания донорских органов.

Пока же фармацевтические компании используют полученный в лаборатории Organovo материал для испытания экспериментальных фармацевтических составов.

Такой подход позволит производителям лекарств разрабатывать безопасные и менее токсичные антибиотики.

В пресс-центре компании-производителя говорят, что в ближайшее пятилетие Organovo и ее партнеры собираются освоить рынок трансплантатов.

Биоинженеры уже напечатали на 3D принтере жизнеспособные почки, которые сохраняют свои функции в течение двух недель. Также компания производит коммерческую почечную ткань – ее могут купить фармацевты для изучения перспективных медицинских составов.

Биоткань получила название exVive3D tissue.

Биопечать развивается быстрее, чем прогнозировалось. Тем не менее, используемые технологии далеки от совершенства. Другое дело медицинские импланты.

Читать еще:  13 признаков того, что вы умнее, чем вам кажется

Инженеры научились моделировать и воспроизводить самые разные элементы человеческого костного каркаса – штучные фаланги пальцев, тазобедренные суставы, детали грудной клетки.

Костные импланты изготавливаются методом селективного лазерного спекания из нитинола (никилид титана) – высокопрочного материала, напоминающего по своему биохимическому составу костную ткань. В ходе печатного процесса используются 3D модели, полученные благодаря компьютерной томографии.

Не меньшей популярностью пользуются протезы из полимеров. Протезы кисти нельзя назвать органом, зато простота, с которой нуждающиеся могут получить механизм, позволяющий вернуть их к нормальному образу жизни, заслуживает внимания.

Стоимость подобного устройства не превышает 10-15 тысяч рублей.

Биопринтинг находится на пике своего развития, и мы продолжаем за ним следить. Оставайтесь вместе с нами, чтобы оставаться в курсе самых важных событий в мире 3D-печати.

Ученые из Израиля напечатали живое сердце на 3D-принтере и этим взорвали научный мир

Открытия ученых, которые связаны с искусственным выращиванием органов, всегда вызывают огромный интерес, ведь они приближают то время, когда спасать жизни людей станет проще. Особенно удивительно, если удается воссоздать очень сложные природные механизмы. Ученые Тель-Авивского университета совершили то, что еще недавно казалось невозможным. Они не только вырастили живое сердце, а сделали это очень по-современному: напечатали его на 3D-принтере.

Мы в AdMe.ru не могли пройти мимо потрясающего открытия, о котором мир узнал несколько дней назад.

Болезни сердца и сегодня лидируют в числе причин смерти людей по всему миру, а трансплантация — часто единственный способ спасти человека. И израильские ученые, возможно, сделали первый шаг к миру, в котором жизни не будут зависеть от доноров, а нужные органы можно будет просто напечатать, как бы фантастически это сейчас ни звучало.

Маленькое, но живое и настоящее сердце исследователи создали, используя клетки пациента и биологические материалы. До сих пор научный мир не сталкивался с такими технологиями, производить удавалось лишь простые ткани без кровеносных сосудов. Совершить прорыв удалось ученым-биологам Надаву Нуру и Асафу Шапире под руководством профессора Тала Двира.

В экспонате, который 15 апреля 2019 года ученые представили журналистам, воссозданы все кровеносные сосуды, желудочки и камеры. Размер сердца составляет около 2,5 см, а для его печати потребовалось 3 часа и миллионы клеток. Исследователи говорят, что для печати человеческого сердца в натуральную величину понадобился бы целый день и миллиарды клеток.

«Сердце полностью биосовместимо и подходит пациенту, что снижает риск отторжения», — рассказывает профессор Двир.

Это очень важный момент, ведь сегодня после трансплантации сердца пациент вынужден принимать специальные препараты, чтобы увеличить шансы на его приживаемость.

О ходе эксперимента рассказали без сложных терминов. Использовался взятый у пациента фибриллярный белок, составляющий основу соединительной ткани организма (коллаген). В процессе генной инженерии его сначала превратили в стволовые клетки, а затем преобразовали в клетки сердечной мышцы и клетки, которые образуют кровеносные сосуды.

Отдельно был создан биологический материал, который выступал своеобразной краской для принтера: так называемые биочернила. В ходе соединения всех материалов и принтерной печати получилось сердце, которое состоит из очень молодых клеток (как у новорожденного) и способно сокращаться (то есть привычно работать).

Дальнейший ход эксперимента подразумевает наблюдение за ростом и работой сердца, за взаимодействием клеток. По словам ученых, выращенные сердца нужно научить вести себя так же, как настоящие.

Следующий этап — это пересадка таких сердец животным, но об испытаниях на человеке пока говорить преждевременно.

«Мы должны развивать печатное сердце дальше, — рассказывает профессор Тал Двир. — Очень надеемся на успех и на то, что сможем доказать эффективность и полезность нашего метода». Минимальная задача, которую ставят перед собой ученые, — это возможность искусственного создания частей сердца, которыми могут быть заменены пострадавшие части настоящего. Максимум — напечатанное таким образом сердце сможет на 100 % заменить настоящее, а вопросы трансплантации будут решаться быстро и беспроблемно.

3D принтеры в цифровой медицине: интервью с Артёмом Мишвеловым

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Статья относится к принтерам:

На прошедшем молодежном форуме «Машук-2018» ставропольские ученые представили инновационный медицинский проект «HoloDoctor. Симуляция, планирование операций, обучение студентов медицинских специальностей» по созданию трёхмерным моделей внутренних органов, для печати которых используется 3D принтер Raise3D. Мы встретились с Артемом Мишвеловым, одним из основателей проекта, он рассказал нам о внедрении цифровых технологий в современные медицинские реалии, чего уже удалось достигнуть, и какие перспективы ждут в ближайшем будущем.

— Артём, вы занимаетесь разработкой и внедрением цифровых технологий в медицинской сфере, облегчающих работу врачам и оптимизирующих процесс постановки диагноза и лечения пациентов. Расскажите, что вас подтолкнуло заниматься именно этим направлением?

Я закончил Северо-Кавказский федеральный университет, учился на врача медицинской биохимии, потом переквалифицировался на 3D биодизайнера-визуализатора. Медицинские цифровые технологии – это интересное и перспективное направление, которое объединяет инновационные технологии, такие как 3D печать, трехмерную виртуальную реальность, работу со стволовыми клетками и многое другое. С 9-го класса я начал конкретно изучать компьютерную томографию и 3D печать. Акцент делал на компьютерной томографии, МРТ, УЗИ, в целом на дифференциальной диагностике. Потом в университете перешёл к реализации зародившихся идей. Первой была программа для обучения студентов-медиков. Опирался на всем известный сериал «Доктор Хаус», который подкинул несколько интересных мыслей. К примеру, экспертная система «КиберХаус» или ПО «DoctorCT», которое позволяет переводить медицинские DICOM-изображения в 3D модели. Программа помогает конструировать трёхмерные модели органов, а потом распечатать их на 3D принтере. Если этого мало, можно воспользоваться очками виртуальной или дополненной реальности через гарнитуру Microsoft HoloLens, используя, при этом разработанный программный комплекс HoloDoctor.

Читать еще:  Экспертное мнение: как нужно лечить перелом шейки бедра

— Вы параллельно работаете в нескольких масштабных стартапах, таких как Кибермед, ХолоМед, Соцмедика. Расскажите немного о каждом из них, это стартапы с государственной поддержкой? Они все основаны на внедрении 3D печати в медицинские биотехнологии?

Да, в каждом нашем проекте так или иначе задействованы аддитивные технологии, куда без них в наше время.

Центр кибермедицины и прототипирования Кибермед занимается разработкой и производством бионических и тросевых протезов. ХолоМед посвящен виртуальным симуляторам, планированию хирургического вмешательства, в частности цифровой медицине, а это и 3D печать, и биопринтинг.

Еще есть Соцмедика — резидент Сколково. Это IT-компания, специализирующаяся на создании медицинских экспертных систем, мы являемся региональными представителями в Ставропольском крае.

Так получилось, что за несколько лет мы выиграли несколько грантов, в том числе на форуме «Машук», в конкурсе «Умник», в сколковском Startup Village и т.д. И сейчас с помощью грантов реализуем программные проекты совместно со Ставропольским медицинским университетом, Студенческим конструкторским бюро и пр.

Да, наши проекты поддерживает правительство Ставропольского края, администрация президента. Особенно сильно мы ощутили эту поддержку после визита президента на наш стенд в рамках форума «Машук-2018».

Честно говоря, мы не ожидали такого внимания, наш проект отобрали в числе 7-ми других из нашего региона. Мы рассказали о наших инновационных медицинских цифровых технологиях, продемонстрировали принтер Raise3D, напечатанные на нем модели и произвели фурор, сами того не ожидая.

— На недавно прошедшем форуме «Машук-2018» вы презентовали возможности печати на 3D принтере точных прототипов человеческих органов, которые могут значительно облегчить диагностику для медиков. Расскажите, как это происходит?

На основе компьютерной и магнитно-резонансной томографии (КТ, МРТ) создаётся двухмерное изображение и в разработанной нами программе конвертируется в 3D макет. Мы получаем анатомически точные органы, сердце, почки или даже целую систему органов конкретного пациента, потом загружаем файл в принтер и получаем трехмерную модель. Такие макеты служат своеобразным симулятором для практикующих врачей при планировании хирургического вмешательства. Также данные трёхмерные визуализации уже активно применяются для диагностики врачами нашего краевого диспансера.

К примеру, если использовать только традиционные данные компьютерной томографии, бывает сложно рассчитать точный объём опухоли и отделить её от органа. А чтобы принять решение о проведении операции, необходимо иметь точную 3D модель. В этом и помогает наше ПО и 3D принтер. Полученную многослойную модель также можно поместить в программу-симулятор и совместить с поверхностью тела, крупными сосудами и пр.

— Трёхмерные прототипы применяются также в обучении студентов-медиков?

Да, в том числе и в обучении будущих хирургов. В школах, университетах, институтах недостаточно практических материалов. Допустим, мы распечатали сердце, покрасили краской, чтобы выглядело реалистичнее. Студенты изучают топографию, кровеносные сосуды, что, где находится. А распечатанные на 3D принтере симуляционные фантомные органы, соответствующие конкретному пациенту, могут стать отличным практическим пособием. Подобные 3D макеты применяются у нас в Ставропольском медицинском университете.

— А что использовалось в качестве практических пособий в высших медицинских учреждениях до внедрения 3D печати? В чем преимущество прототипов, напечатанных на 3D принтере?

Раньше использовали настоящие органы, помещённые в банки с формалином. В чем минус — реальные органы нужно очень аккуратно использовать. Студенты могут просто посмотреть на них со стороны, каких-то манипуляций провести будет нельзя. Это совершенно не наглядно. В этом огромный плюс 3D печати. Вы можете напечатать огромное количество макетов и у каждого будущего медика будет возможность все внимательно изучить, пощупать.

— Вы также занимаетесь разработкой и изготовлением протезов с помощью 3D принтеров…

Начинали мы с тросевых ручных протезов. Это самый простой и бюджетный вариант – пластиковая кисть с легко заменяемыми деталями (большая часть элементов печатается на принтере). Функционал достаточно скромный – такой «рукой» можно взять чашку, открыть дверь, но мелкая моторика доступна только для бионических процессов. Они работают с мышечными импульсами, используя датчики электромиографии. Там уже доступно около 20 разных движений. Сейчас наши бионические протезы находятся на стадии тестирования у нескольких пациентов. Их отзывы позволят подкорректировать работу протезов, исправить все недостатки перед массовым запуском.

— Как вы оцениваете перспективы развития данного коммерческого направления? Насколько 3D печать удешевляет производство кастомизированных протезов, если сравнивать с традиционными методами (литье и пр.)?

Мы печатаем практически все детали протезов на 3D принтере Raise3D, конечно, кроме сервопривода, платы. Используем пластик ABS, PLA и гибридный сверхпрочный пластик. В итоге получаем персонализированное изделие, изготавливаемое в течение 2-4 дней с невысокой себестоимостью.

Другие бионические протезы изготавливаются неделями-месяцами. К примеру, есть сверхмощные зарубежные протезы, состоящие по большей части из железа со сложным механизмом, настройками и управлением. Изготовление, ремонт, замена занимает кучу времени. Хотя пациентам достаточно пластиковых протезов, напечатанных на 3D принтерах. Для маленьких детей в основном идут тросевые протезы. Подросткам с 14-16 лет делают бионические, только из соображений того, что с возрастом дети начинают бережнее относиться к вещам.

Можно изготовить стилизованные протезы индивидуально под каждого пациента, как рыцарские доспехи, или как у железного человека, вариаций много. Еще один плюс – элементы напечатанного протеза легко заменить. Иногда пациенты обращаются с просьбой заменить палец или кожух, и это делается за 1 или 2 дня. Получается такой протез-трансформер.

Читать еще:  Самый мужской гормон: все, что нужно знать о тестостероне

— Помимо создания с помощью 3D принтера прототипов и протезов, есть еще очень интересное и перспективное направление — 3D биопринтинг. Вы участвовали с проектом по этой тематике в конкурсе Сколково. Все же это наше настоящее или будущее?

Мы представляли на конкурсе 3D принтер, который может превращаться в биопринтер со специальным экструдером, где помещается шприц, и можно печатать гидрогелями, пастами, шоколадом и пр. Что касается стволовых клеток, все печатается в стерильных условиях: в стерильном боксе, в специальном помещении.

— Современное 3D оборудование способно воспроизводить органы для трансплантации?

Да, к примеру, кожные лоскуты, мышечные ткани. Но в целом это направление находится на этапе исследований и испытаний. В России напечатали щитовидную железу и пересадили лабораторной крысе. Щитовидка прижилась, все прошло успешно.

По прогнозам специалистов 3D печать органов будет возможна ориентировочно к 2030 году. Это поможет решить многие проблемы. Сейчас, если человеку необходима имплантация органов, он сталкивается с космической стоимостью, огромными очередями на доноров.

— Есть мнение, что в необозримом будущем можно будет «выращивать» с помощью 3D принтеров настоящее мясо. Как вы относитесь к этому?

Это очень-очень дорого. Реально, но дорого. Мы пытались это реализовать, но в связи с высокой ценой надобность отпала. Для этого нужно время и технологии. Возможно, лет через 10 это станет реальностью.

— И несколько вопросов про 3D принтер, который вы используете. Почему для своих задач вы выбрали 3D принтер Raise3D?

Я просмотрел много разных вариантов, изучил информацию по ним. Raise3D оказался золотой серединой по цене, функциям и качественным показателям. Мы активно используем 2 экструдера для двухцветной печати или печати с поддержками. Пользуемся принтером уже год. Ничего не ломалось, работает исправно, принтером очень довольны. Несколько раз забивалось сопло, но эту проблему оперативно решали.

— Подходит ли точность принтеров Raise3D для использования в медицине?

Да, данной точности для наших задач очень даже достаточно. На выставке демонстрировали почку, напечатанную из прорезиненного пластика. Хирурги оценили качество, были просто в восторге. Сказали, что выглядит очень реалистично.

Присоединяйтесь к нам в соц. сетях, чтобы быть в курсе последних событий:

Медицина будущего: можно ли лечиться через соцсети и жить с органами, напечатанными на 3D-принтере

18 октября в Санкт-Петербурге состоялась научно-техническая конференция Futuremed 2019. В рамках мероприятия, которое собрало на одной площадке более 700 человек, выступили 26 спикеров, рассказавших о своем видении будущего индустрии.

Интерес к теме понятен: мы живем в мире, где все меняется если не каждый месяц, то уж точно каждый год, и владеем технологиями, которые делают реальностью даже самые смелые фантазии.

Как и чем мы будем лечиться? Вести.Медицина, конечно, не смогла оставить этот вопрос без ответа. Ниже — то, что нам удалось выяснить.

Резистенность к антибиотикам

По словам Бориса Ходановича, руководителя бизнес-подразделения Pfizer «Госпитальные препараты» региона «Евразия и Прибалтика» , к 2050 году антибиотикорезистентность станет серьезной проблемой. И серьезной настолько, что от нее будет умирать столько же людей ежегодно, сколько сегодня умирает от онкологии. Но это, впрочем, если ничего не делать.

Решением в данном случае может стать вакцинация как превентивная мера, максимально точная диагностика состояния и контролируемое применение антибиотиков в соотвествии с многократно подтвержденным диагнозом.

«Инфекции нижних дыхательных путей – одна из самых распространенных причин назначения антибиотиков в мире. К сожалению, в 35-85% случаев антибиотики назначаются без показаний», — говорит Наталья Колесникова, медицинский директор “Инвитро”, врач-пульмонолог, член Американской коллегии врачей.

Печать органов на 3D-принтере

Насчет 3D-печати необходимых для трансплантации органов у специалистов ожидания самые радужные: биопечать паренхиматозных органов, таких как печень и селезенка, может стать возможной к 2030 году. А все потому, что российские специалисты уже напечатали мясо в условиях микрогравитации, что открывает в этом смысле огромные возможности.

Хотя Юсеф Хесуани, управляющий партнер 3D Bioprinting Solutions, подчеркнул, что технология перед нами новая и сложная, так что прежде чем даже минимально тестировать ее на человеке, она должна доказать свою полную безопасность.

Лечение через Instagram

Очень скоро мы все будем лечиться через социальные сети, идет речь об Instagram, Facebook или ВКонтакте. И хотя речь, понятное дело, не идет о каких-то серьезных рекомендациях, первичная консультация и коррекция плана лечения в таком формате вполне возможна.

Сложность, по словам спикеров, здесь в том, что телемедицина требует определенного регулирования, но это регулирование, с другой стороны, должно учесть потребности как пациентов, так и врачей. Что даже звучит непросто, не говоря уже о реализации.

Пример того, что может произойти, если лечить по аватарке станут все без исключения, привел врач-нейрохирург Алексей Кащеев, который рассказал о пациентке с параличом ноги, которая долгое время лечилась при помощи методов биохакинга и вырастила огромную менингиому. Теперь женщина может ходить только с ходунками — и это, очевидно, совсем не то, на что она рассчитывала, когда принимала БАДы.

В итоге вопросов по-прежнему остается больше чем ответов. Но тот факт, что специалисты готовы двигаться навстречу современным технологиям, менять медицину и меняться вместе с ней, не может не вдохновлять.

Что из этого получится — увидим на следующей конференции.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector