Materiale utilizate în printarea tridimensională a țesuturilor moi piele, restabilirea defectelor ureche,nas. [305977]

MINISTERULEDUCAȚIEI ȘI CERCETĂRAII AL REPUBLICIIMOLDOVA

UNIVERSITATEATEHNICĂ A [anonimizat]: Materiale utilizate în printarea tridimensională a [anonimizat],nas.

A efectuat: Butucel Petru

gr. IBM-181M

A verificat: V Nacu,

[anonimizat].univ., dr.hab.

CHIȘINĂU- 2018

CUPRINS

INTRODUCERE …………………………………………………………………………………………………………. 3

1. Printarea tridimensională……………………………………………………………………………………..4

1.1. Ce reprezintă o imprimantă tridimensională………………………………………………………..4

1.2. Printarea tridimensională în medicină…………………………………………………………………9

2. Printarea tridimensională a țesuturilor moi……………………………………………………………..18

2.1. [anonimizat]…………………………………..19

CONCLUZII ………………………………………………………………………………………………………………25

BIBLIOGRAFIE ……………………………………………………………………………………………………….27

ANEXE ……………………………………………………………………………………………………………………….

INTRODUCERE

Una dintre cele mai promițătoare domenii din domeniul transplantului este utilizarea de imprimante 3D pentru imprimarea țesuturilor și a organelor vii și în continuare transplantul lor. Există o tendință în medicină de a găsi căi utilizarea materialelor artificiale. Tehnologia 3D [anonimizat].

Printarea tridimensională.

Ce reprezintă o imprimantă tridimensională.

Imprimarea 3D este oricare dintre diferitele procese în care materialul este îmbinat sau solidificat sub controlul calculatorului pentru a [anonimizat] (cum ar fi moleculele lichide sau boabele de pulbere care se topesc împreună), de obicei stratul după strat . În anii '90, tehnicile de tipărire 3D [anonimizat], un termen mai cuprinzător pentru tipărirea 3D a fost prototiparea rapidă. Astăzi, precizia, repetabilitatea și gama de materiale au crescut până la punctul în care imprimarea 3D este considerată o [anonimizat] a aditivilor. Fig. 1.1 Imprimantă 3D Obiectele tipărite 3D pot avea o formă sau o geometrie foarte complexă și sunt întotdeauna produse pornind de la un model 3D digital sau un fișier CAD. Există multe procese de tipărire 3D diferite, care pot fi grupate în șapte categorii :

Vop fotopolimerizare
     Pulverizare de materiale
     Acoperirea cu jetoane
     Pulbere cu pulbere
     Extrudarea materialelor
     Depunerea energiei direcționate
     Laminarea foilor

Cel mai frecvent după numărul de utilizatori este o tehnică de extrudare a materialelor denumită modelare de depozitare topită (FDM). Aceasta construiește un obiect tridimensional dintr-un model de proiectare asistată de calculator (CAD), de obicei prin adăugarea succesivă a stratului de material pe strat, spre deosebire de procesul obișnuit de prelucrare, în cazul în care materialul este scos dintr-un element de stoc.

Termenul "imprimare 3D" se referă inițial la un procedeu care depozitează un strat de material liant într-un strat de pulbere cu straturi de cap de imprimantă cu jet de cerneală. Mai recent, termenul este folosit în vernacularul popular pentru a cuprinde o varietate mai largă de tehnici de fabricare a aditivilor. Statele Unite și standardele tehnice mondiale folosesc procesul de fabricare a aditivilor pentru acest sens mai larg.

Terminologie

Producția de aditivi (AM) a câștigat o monedă largă în anii 2000, inspirată de tema materialului care se adună împreună (în oricare dintre diferitele moduri). În schimb, termenul de fabricație subtractivă a apărut ca un retronim pentru familia mare de procese de prelucrare cu îndepărtarea materialelor ca temă comună. Termenul de imprimare 3D se referă în continuare numai la tehnologiile polimerice în majoritatea minților, iar termenul AM a fost mai probabil să fie utilizat în contexte de prelucrare a metalelor și a utilizărilor finale decât în rândul pasionaților de polimeri, jet de cerneală sau de stereolitografie. Până la începutul anului 2010, termenii de imprimare 3D și de fabricare a aditivilor au generat simțuri în care au fost termeni alternativi de umbrelă pentru tehnologiile adiționale, unul fiind folosit în vernacularul popular de către comunitățile de consumatori și media, iar celălalt a fost folosit mai formal de către terminalele industriale, utilizați producători de componente, producători de mașini și organizații mondiale de standarde tehnice. Până de curând, termenul de tipărire 3D a fost asociat cu mașini cu preț scăzut sau cu capacitate. Ambii termeni reflectă faptul că tehnologiile împărtășesc tema adăugării materialelor sau aderării la un plic de lucru 3D sub control automat. Peter Zelinski, redactorul șef al revistei Additive Manufacturing, a subliniat în 2017 că termenii sunt încă deseori sinonimi în utilizarea casual , dar că unii experți în industria prelucrătoare fac din ce în ce mai mult o distincție sensibilă prin care Additive Manufacturing cuprinde o imprimare 3D plus alte tehnologii sau alte aspecte ale unui proces de fabricație

Alți termeni care au fost utilizați ca sinonime sau hipermimi au inclus fabricarea desktopului, fabricarea rapidă (ca succesor logic la nivelul prototipului rapid) și fabricarea la cerere (care echivă imprimarea la cerere în sensul 2D de imprimare). Că o astfel de aplicare a adjectivelor rapide și la cerere la fabricarea substantivului a fost nouă în anii 2000, dezvăluie modelul mental predominant al erei industriale îndelungate, în care aproape toată producția de producție a implicat timpi lungi de execuție pentru dezvoltarea laborioasă a sculelor. Astăzi, termenul de subtracție nu a înlocuit termenul de prelucrare, ci a completat-o ​​atunci când este necesar un termen care să acopere orice metodă de îndepărtare. Uneltele agile sunt utilizarea mijloacelor modulare pentru a proiecta unelte care sunt produse prin fabricarea de aditivi sau prin metode de tipărire 3D pentru a permite prototiparea rapidă și răspunsurile la necesitățile de scule și dispozitive. Uneltele agile utilizează o metodă eficientă din punct de vedere al costurilor și de înaltă calitate pentru a răspunde rapid nevoilor clienților și ale pieței și poate fi utilizată în procesele de formare hidraulică, ștanțare, injecție și alte procese de fabricație.

Istorie

1981: Echipamentele și materialele de fabricare a aditivilor timpurii au fost dezvoltate în anii 1980.

În 1981, Hideo Kodama de la Institutul Municipal de Cercetare Industrială din Nagoya a inventat două metode adiționale pentru fabricarea modelelor plastice tridimensionale cu polimer termosetat foto-întărire, unde zona de expunere UV este controlată de un model de mască sau de un transmițător de fibre de scanare.

1984: La 16 iulie 1984, Alain Le Méhauté, Olivier de Witte și Jean Claude André și-au depus brevetul pentru procesul stereolitografic . Aplicarea inventatorilor francezi a fost abandonată de compania franceză General Electric (acum Alcatel-Alsthom) și CILAS (The Consortium Laser). Motivul revendicat a fost "din cauza lipsei de perspectivă a afacerilor".

1988: Tehnologia folosită de majoritatea imprimantelor 3D până în prezent – în special modelele orientate către pasionați și consumatori – este modelarea depunerilor topite, o aplicație specială de extrudare din plastic, dezvoltată în 1988 de S. Scott Crump și comercializată de compania sa, Stratasys prima mașină FDM în 1992.

Procedeele AM ​​pentru sinterizarea sau topirea metalelor (cum ar fi sinterizarea cu laser selectivă, sinterizarea directă cu laser a laserului și topirea cu laser selectiv) au trecut de obicei prin propriile lor nume individuale în anii 1980 și 1990. În acel moment, toată prelucrarea metalelor a fost făcută prin procese pe care noi le numim acum neaditive (turnare, fabricare, ștanțare și prelucrare); deși sa aplicat o mulțime de automatizări acestor tehnologii (cum ar fi sudarea robotului și CNC), ideea unei scule sau a unui cap care se deplasează printr-un plic de lucru 3D transformând o masă de materie primă într-o formă dorită, cu o pistă de sculă, cu procese care elimină metalul (mai degrabă decât să îl adauge), cum ar fi freza CNC, EDM CNC și multe altele. Dar tehnicile automatizate care au adăugat metale, care mai târziu ar fi fost numite fabricarea aditivilor, începuseră să conteste această ipoteză. La mijlocul anilor 1990, au fost dezvoltate noi tehnici de depunere a materialelor la Universitatea Stanford și Carnegie Mellon, inclusiv microcasting și materiale pulverizate . Sacrificiul și materialele de suport au devenit, de asemenea, mai frecvente, permițând noi geometrii ale obiectului.

1993: Termenul de imprimare 3D se referea inițial la un proces cu pat de pulbere care utilizează capete de imprimare standard și personalizate cu jet de cerneală, dezvoltat la MIT în 1993 și comercializat de Soligen Technologies, Extrude Hone Corporation și Z Corporation.
Anul 1993 a dat startul unei companii numită Solidscape, introducând un sistem de fabricare a jeturilor de înaltă precizie, cu structuri de susținere solubile (clasificat ca o tehnică "dot-on-dot").

1995: În 1995 Institutul Fraunhofer a dezvoltat procesul selectiv de topire cu laser.

2009: brevetele de procesare a tipăririi prin depunere prin fuzionare (FDM) au expirat în 2009.

Odată cu maturarea diferitelor procese de aditivi, a devenit clar că îndepărtarea metalului nu va mai fi singurul proces de prelucrare a metalelor realizat printr-o unealtă sau un cap care se deplasează printr-un plic de lucru 3D transformând o masă de materie primă într-un strat de formă dorit pe strat. Anii 2010 au fost primul deceniu în care piese de metal, cum ar fi paranteze de motor și piulițe mari, ar fi cultivate (fie înainte, fie în locul prelucrării) în producția de locuri de muncă, mai degrabă decât obligatoriu prelucrate din stocuri sau plăci. Este totuși cazul în care turnarea, fabricarea, ștanțarea și prelucrarea sunt mai predominante decât fabricarea aditivului în prelucrarea metalelor, dar AM începe acum să înregistreze progrese semnificative, iar cu avantajele designului pentru fabricarea aditivilor, este clar pentru ingineri că atât de mult mai mult urmează să vină.

Dat fiind faptul că tehnologia sa maturizat, mai mulți autori au început să speculeze că imprimarea 3D ar putea contribui la dezvoltarea durabilă în lumea în curs de dezvoltare.

2012: Filabot dezvoltă un sistem pentru închiderea buclă cu plastic și permite ca orice imprimantă FDM sau FFF 3D să poată tipări cu o gamă mai largă de materiale plastice.

2013: angajații NASA Samantha Snabes și Matthew Fiedler creează primul prototip de imprimantă 3D, Gigabot, de dimensiuni mari și accesibile, și lansează compania 3D de imprimare re: 3D.

2018:: 3D dezvoltă un sistem care utilizează peleți din plastic care pot fi făcuți prin măcinarea plasticului uzat.

Printarea

Înainte de a imprima un model 3D dintr-un fișier STL, trebuie mai întâi să fie examinat pentru erori. Majoritatea aplicațiilor CAD produc erori în fișierele STL de ieșire, dintre următoarele tipuri:

găuri;
se confruntă cu normale;
auto-intersecții;
acoperiri de zgomot;
erori multiple.

Fig.1.2 Modelele 3D pot fi generate din imagini 2D realizate la un stand de fotografie 3D

Un pas în generația STL cunoscut sub denumirea de "reparare" rezolvă astfel de probleme în modelul original. În general, STL-urile care au fost produse dintr-un model obținut prin scanarea 3D au adesea mai multe dintre aceste erori. Acest lucru se datorează modului în care funcționează scanarea 3D – cum este adesea prin achiziția punct-punct, reconstrucția 3D va include erori în majoritatea cazurilor. Odată finalizat, fișierul STL trebuie procesat printr-un software denumit "slicer", care convertește modelul într-o serie de straturi subțiri și produce un fișier de cod G care conține instrucțiuni adaptate unui tip specific de imprimantă 3D (FDM imprimante). Acest fișier G-cod poate fi apoi tipărit cu software-ul client de tipărire 3D (care încarcă codul G și îl folosește pentru a instrui imprimanta 3D în timpul procesului de imprimare 3D). Rezoluția imprimantei descrie grosimea stratului și rezoluția X-Y în puncte per inch (dpi) sau micrometre (μm). Grosimea tipică a stratului este de aproximativ 100 μm (250 DPI), deși unele mașini pot imprima straturi subțiri de 16 μm (1.600 DPI). Rezoluția X-Y este comparabilă cu cea a imprimantelor laser. Particulele (puncte 3D) au diametrul de 50 până la 100 μm (510 până la 250 DPI). Pentru această rezoluție a imprimantei, specificând o rezoluție a ochiurilor de 0,01-0,03 mm și o lungime a coardei ≤ 0,016 mm, generează un STL optim fișier de ieșire pentru un anumit fișier de intrare model. Specificarea unor rezoluții mai mari duce la obținerea de fișiere mai mari, fără a crește calitatea imprimării. Construcția unui model cu metode contemporane poate dura de la câteva ore până la câteva zile, în funcție de metoda utilizată și de mărimea și complexitatea modelului. Sistemele de aditivi pot reduce în mod obișnuit acest timp până la câteva ore, deși variază în funcție de tipul mașinii utilizate și de dimensiunea și numărul de modele produse simultan. Tehnicile tradiționale, cum ar fi turnarea prin injecție, pot fi mai puțin costisitoare pentru fabricarea produselor polimerice în cantități mari, dar producția de aditivi poate fi mai rapidă, mai flexibilă și mai puțin costisitoare atunci când se produc cantități relativ mici de piese. Imprimantele 3D dau designerilor și echipelor de dezvoltare a conceptului capacitatea de a produce modele de piese și concepte folosind o imprimantă de dimensiuni de birou.

1.2. Printarea tridimensională în medicină

3D-imprimare în medicină și farmaceutică, vestimentație. Sprijinul pentru instrumentele și implanturile, conducerea operațiunilor, producerea de medicamente și multe altele.

În medicina 3D- imprimarea este deja utilizată în protetică și producție implanturi (fragmente din kelet, craniu, oase, țesut de cartilaj). Sunt în desfășurare experimente privind tipărirea organelor donatoare, precum și pentru producerea de medicamente.

Avansuri în utilizarea imprimantelor 3D: Cu ajutorul imprimantelor 3D, multe proteze sunt tipărite în funcție de caracteristicile individuale ale unei persoane. În stomatologie, imprimantele 3D vă permit să faceți coroane temporare. Imprimanta 3D poate imprima 150
proteze oculare într-o oră. Datorită imprimării 3D, oamenii de știință au reușit să creeze mai multe tipuri diferite de țesuturi umane și, mai presus de toate, este țesut hepatic, care este utilizat în prezent în testele de toxicitate la medicament.
Pentru prima dată în istorie, o echipă de oameni de știință din China a tipărit rinichi uman tratați pe o imprimantă 3D. Corpul imprimat are exact aceeași funcționalitate ca și cel real.

Instrumente chirurgicale

În 2006, studenții Facultății de Bioinginerie de la Universitatea British Columbia au primit un premiu pentru imprimarea 3D a unui evacuator chirurgical eficient de fum. Anterior, o forceps, hemostate, mânere și cleme de scalpel au fost tipărite în format tridimensional.
Fig.1.3 Instrumentele 3D Spania Instrumentele sunt acum lansate într-un mod nou în serie, ieșite din imprimantă sterile și costă o zecime din prototipul generației anterioare, realizate din oțel inoxidabil. Instrumente similare sunt de asemenea utilizate, de exemplu, în Spania.

Datorită inovațiilor, medicii pot crea instrumente în funcție de parametrii individuali ai pacientului, pe baza datelor ECG și CT. Instrumentele imprimate pe o imprimantă 3D au dovedit deja eficacitatea lor în mai multe tipuri de operații, inclusiv înlocuirea valvei aortice, îndepărtarea fragmentelor și disecția aortei, tratamentul cardiomiopatiei hipertrofice și altele. Chirurgii au folosit imprimarea 3D pentru a crea un element care să protejeze supapa aortică, un dispozitiv pentru a reduce riscul de perforare a valvei, pentru a măsura diametrul aortei înainte de a instala implantul și pentru a determina prima incizie. Toate instrumentele produse au fost tipărite pe o imprimantă 3D din plastic, care poate fi complet sterilizată pentru utilizare în camera de operare. Desigur, nu vorbim de implanturi tipărite pe o imprimantă 3D, dar instrumentele trebuie să întrunească, de asemenea, cerințele ridicate ale unui mediu steril. Deși unele dintre instrumentele fabricate sunt făcute pentru pacienți specifici, ceea ce implică o utilizare unică, altele pot fi utilizate în mod repetat. Instrumentele tipărite pe imprimantă 3D au ajutat medicii spitalului să efectueze aproximativ treizeci de operațiuni în ultimul an.

Implanturi osoase

Este ușor de imaginat că tehnologia de scanare și imprimare 3D a cucerit rapid sectorul implanturilor craniene și al altor materiale anorganice – aliaje, ceramică, sticlă spumată.
Tehnologia permite crearea în timp real a contururilor gaurii sau defectelor osoase înainte de operație sau în timpul operației, imediat după îndepărtarea zonelor afectate. Apoi imprimați repede implantul și plasați-l exact de-a lungul conturului găurii.
În 2013, a fost efectuată o operație în Statele Unite, în timpul căreia 75% din craniul pacientului a fost înlocuită după două săptămâni de lucru cu modelul scanat. Rezultatul repetă cele mai mici detalii ale formularului. Potrivit Oxford Performance Materials, de la 300 la 500 de persoane din SUA pot deveni pacienti lunari care au nevoie de astfel de operatii. Acestea includ victimele accidentelor rutiere, personalul militar și pacienții cu cancer cu o tumoare în craniu.

Potrivit Institutului de Cercetare de Urgenta din Rusia. NV Sklifosovsky în Rusia, în fiecare an, mai mult de 2 mii de leziuni la nivelul capului necesită transplant, iar 20% dintre aceste operațiuni în viitor necesită chirurgicale re-intervenție din cauza supraviețuirii slabă sau o poziție necorespunzătoare a implantului în țesutul.

În 2014, primele operații au avut loc în China, timp în care pacienții au fost implantați cu o imprimată pe o claviculă a imprimantei 3D, o scapula și un os pelvin iliac drept. Indicatii pentru chirurgie – cancer. În același an, în 2014, a apărut prima persoană în SUA, care a fost implantată cu o articulație a genunchiului, tipărită de compania Conformis pe o imprimantă 3D. Spre deosebire de protezele din oțel și plastic din genunchi, această probă nu va trebui schimbată după 10 ani de funcționare.
În același timp, a fost efectuată o operație de înlocuire a șoldului în Marea Britanie cu un pacient în vârstă de 71 de ani. În 2016, oamenii de știință de la Universitatea Peking au efectuat o intervenție chirurgicală la nivelul unui băiat de 12 ani. Vertebra, obținută cu ajutorul tipăririi 3D, a făcut posibilă înlocuirea eficientă a vertebrelor deteriorate, repetând cu exactitate contururile vertebrelor adiacente, în plus, depășește analogii de titan în rezistență și durabilitate.
Noua metodă vă permite să accelerați perioada de reabilitare și să reduceți semnificativ durerea după intervenție chirurgicală. Ca vertebra normală, analogul 3D este gol în centru, astfel încât nervii pot trece în creierul stem și se pot conecta la terminațiile periferice.

Fig 1.4 Protezele din oțel și plastic

Auriculă

În primul rând, experimentele în această direcție au dus la crearea unei urechi bionice, care până acum există separat de oameni. Fig.1.5 Auriculă crescută.

Dispozitivul, realizat cu participarea celulelor pielii umane, conține o antenă radio inductivă.
Conceptul a fost creat pentru a testa utilizarea nanoelectronicii în tipărirea 3D. În 2016, Universitatea de Tehnologie din Queensland (Australia) a dezvoltat o tehnologie pentru imprimarea urechilor anatomice corecte din celulele cartilajului proprii ale pacientului. După câteva săptămâni de cultivare, o astfel de ureche a fost transplantată chirurgical la un pacient de 2 ani.

Conform planurilor dezvoltatorilor, un astfel de tratament va costa 200 de dolari pe copil în viitorul apropiat. Anul trecut, un experiment similar a fost repetat de medici chinezi.

Stomatologie

Tehnologia imprimării 3D în stomatologie a fost utilizată din 1999. Pionierul acestui domeniu este Align Technology, care a început producția și vânzarea de capace dentare ca o alternativă la brațele. În ceea ce privește protezele dentare, 3D a redus costul procesului de mai multe ori și a făcut această manipulare accesibilă masei largi a populației. Imprimantele 3D scutesc dentiștii de modelarea manuală complexă și consumatoare de timp. Clienții nu mai trebuie să treacă printr-un proces complicat de la prima vizită la instalarea proiectului final, trecând printr-o serie de amenajări și modificări. Anterior, tehnicienii dentari s-au bazat pe duritatea mâinilor și o viziune bună, munca lor fiind laborioasă și consumatoare de timp. Acum este suficient să faceți o scanare a gurii – și obțineți în curând un rezultat excelent. Forma unică a fiecărui dinte este incredibil de dificil de transmis folosind o mașină de fabricat manual sau o mașină de frezat.

Imprimantele 3D dentare fac inutile metodele de producție complexe și depășite. Cu cea mai recentă tehnologie și materialele cele mai moderne obțineți produsul finit de câteva ori mai repede decât înainte. Dar principalul lucru este că modelele dentare tipărite pe o imprimantă 3D repetă exact nuanțele probei originale.

Imprimarea tridimensională asigură precizia consistentă și aduce afacerea dentară la capacitatea industrială. Acum puteți folosi instantanee și scanări în gură pentru modelare rapidă CAD / CAM și imprimare 3D a instrumentelor ortodontice rare, a modelelor de tencuială, a modelelor coroanei și a protezelor sub formă de poduri. Fig.1.6 implat dentar 3D

În anul 2012 a avut loc prima operație de implantare a unui implant mandibular imprimat pe o imprimantă 3D. Materialul este titan. Artist – compania LayerWise. În 2014, încă doi pacienți au devenit proprietari ai unei noi fălci. Unul dintre ei a pierdut-o din cauza unei tumori, iar al doilea ia rupt maxilarul.
Oamenii de știință ruși nu se află mult în urma colegilor lor din întreaga lume și au învățat de asemenea să imprime implanturi dentare pe o imprimantă 3D.

Articulații

Cercetătorii de la Universitatea Northwestern au dezvoltat o compoziție polimerică utilizată pentru a tipări o structură poroasă flexibilă cu un contur exterior al unui defect osos care poate fi înlocuit. Implanturile plastice create pe o imprimantă 3D nu sunt respinse, sunt umplute treptat cu celule și osifică. În acest caz, componenta din plastic se dizolvă în timp.
Noul consumabil pentru oase tipărite 3D conține două componente:
• hidroxiapatita este un mineral care este prezent în țesutul osos normal, asigurându-i rezistența și rigiditatea;
• Polycaprolactona este un polimer care nu provoacă un răspuns imun și este utilizat pe scară largă în scopuri medicale.
Ca urmare, doar 10% din volumul implantului constă în dizolvarea polimerului (volumul rămas este cavitatea). Oasele artificiale nu sunt doar elastice și pot fi inserate printr-o mică incizie – pot fi întinse aproape de două ori fără efect distructiv.

Organe interne

În fiecare an, 100.000 de transplanturi de organe sunt efectuate în lume și peste 200 de mii de țesuturi și celule umane. Până la 26 mii dintre aceștia cad la transplanturi de rinichi, 8-10 mii – pe ficat, 2,7-4,5 mii – pe inimi, 1,5 mii pe plămâni și 1 mie pe pancreas. SUA este lider printre țările lumii în numărul de transplanturi: anual, medicii americani efectuează 10 mii de transplanturi de rinichi, 4 mii – ficat, 2 mii – inimă. În Rusia, 4-5 transplanturi de inimă, 5-10 transplanturi de ficat, 500-800 transplanturi de rinichi sunt efectuate anual. Această cifră este de o sută de ori mai mică decât necesitatea acestor operațiuni.
Conform unui studiu realizat de experții americani, necesitatea estimată a numărului de transplanturi de organe la 1 milion de locuitori pe an este: rinichi – 74,5; inima – 67,4; ficat – 59,1; pancreas – 13,7; plămân – 13,7; complexul cardiac-pulmonar – 18,5.
La începutul anului 2017, specialiștii companiei americane Organovo au anunțat că, în șase ani, ei vor începe să transplantă pacienților țesăturile obținute prin imprimarea 3D a celulelor umane vii. Pentru transplant vor fi create ambele părți ale țesuturilor și organelor afectate.
În prezent, țesuturile artificiale cultivate de specialiștii companiei în laborator sunt folosiți de farmaciști pentru testarea de noi medicamente. Țesuturile tipărite în 3D funcționează în același mod ca de obicei și vă permit să observați caracteristica de reacție a corpului uman, spre deosebire de reacția aproximativă a animalelor experimentale.
Compania sa concentrat acum pe crearea de organe viabile adecvate pentru transplant. Primul în colaborare cu Spitalul Regal pentru Copii din Melbourne va fi crearea de rinichi și ficat funcțional. O metodă de creare a structurii unui rinichi uman din celule stem a fost deja dezvoltată. În viitor, un rinichi artificial va fi potrivit pentru transplant. Numai în Statele Unite, în lista pentru transplantul de rinichi – 120 de mii de pacienți. Principala problemă a tehnologiei în forma sa actuală este durata de imprimare a unui organ, măsurată cu câteva luni, și aportul de sânge. Fiecare celulă din țesuturi este situată lângă capilarele care nu au învățat încă să imprime.
Un pic mai departe în această direcție, oamenii de știință ruși au avansat. În 2016, soluțiile 3D Bioprinting au reușit să creeze pentru prima dată în lume, prin intermediul tipăririi 3D, un organ – glanda tiroidă, care a fost ulterior transplantată cu succes unui mouse experimental.

Fig 1.7 Organ tiparit 3D

Inima și vasele de sânge

Cercetătorii de la Universitatea din Rostock din Germania, Institutul Medical Harvard și Universitatea din Sydney dezvoltă celule biologice, o imprimantă cu jet de cerneală tridimensională și un laser pentru a restabili inima, în special prin impunerea unui plasture organic obținut folosind o metodă 3D. Aceiași specialiști creează instrumente artificiale (obținute în mod instrumental din celule vii sau utilizând o plasă de polimer). Cercetarea în acest domeniu a fost anunțată în Statele Unite.

Fig.1.8 Imitarea formei naturale a unui vas de sânge.

Pielea

Un grup de cercetători spanioli de la Universitatea Carlos III (Madrid), Centrul de Cercetare în Energie, Mediu și Tehnologie (CIEMAT), precum și Spitalul Universitar din Madrid, Gregorio Maranoni, au prezentat un bioprinter 3D capabil să reproducă pielea umană identică cu cea naturală. Acesta din urmă a fost dovedit prin studii histologice și imunohistochimice.
Imprimanta 3D utilizează injectoarele cu componente biologice de cerneală umană și bio, brevetate de CIEMAT și licențiate de BioDan Group, care intenționează să aducă această tehnologie pe piață. Pielea umană este imprimată în straturi, iar întregul proces este controlat de un computer. Pentru imprimare se utilizează plasmă conținând cerneală biologică, fibroblaste primare și keratinocite (celule epiteliale umane).
Deoarece celulele vii sunt folosite pentru imprimare, pielea tipărită este activă din punct de vedere biologic și începe să producă colagenul în sine. În practicarea centrelor de ardere, creșterea in vitro a celulelor pacientului pacientului durează aproximativ 2 săptămâni. Noua tehnologie de imprimare pe o imprimantă 3D permite rezolvarea aceleiași probleme în 2 zile. Planurile echipei de cercetare – tipărirea traheei, supapele cardiace și vasele de sânge.

Asistență în timpul operațiunilor

Având un model 3D înaintea ochilor, va fi mult mai ușor pentru chirurgi să navigheze în interiorul unei persoane vii în timpul unei operații. De exemplu, atunci când o operație are loc la o fată de 12 ani, a cărei canceră este considerată inoperabilă, deoarece era prea aproape de coloanei vertebrale și era, de asemenea, înconjurată de țesuturi sănătoase, organe, venele și arterele.
Operațiunea cea mai periculoasă a avut succes, deoarece medicii au folosit un model 3D tipărit și au planificat cu atenție toate manipulările.
Cardiologii din întreaga lume acum colectează o bibliotecă de machete 3D de inimi. O inimă tipărită ajută medicii să planifice o operație, pentru că un lucru este să vezi rezultatele scanării, iar celălalt trebuie să ții organul pe scară largă în mâini.
Mai recent, o tehnologie similară a fost testată de chirurgi cardiologi din Belarus.

Fig .1.9

Tipărirea tabletelor poroase

În 2016, angajații companiei farmaceutice americane Aprecia Pharmaceuticals au primit permisiunea din partea FDA (Food and Drug Administration – Food and Drug Administration) de a folosi tehnologia de imprimare 3D pentru a crea medicamente. Spritam (levetiracetam) a fost primul medicament creat folosind o imprimantă 3D.
Medicamentul este utilizat de adulți și copii pentru a preveni apariția crizelor epileptice. În Rusia, levetiracetam este inclus în lista medicamentelor vitale și esențiale aprobate de Guvernul Federației Ruse.
Noua tehnologie de creare a spritamei, numită ZipDose, a fost creată de experți de la MIT. Ca urmare a utilizării sale, comprimatele nu constau din straturi de medicament "comprimate", dar au o structură poroasă. Acest tip de producție permite o dizolvare mai rapidă și o mai bună absorbție a medicamentului. Această tehnică simplifică medicamentele pentru pacienții care întâmpină dificultăți în înghițirea pilulelor.
Don Weserhold, directorul executiv al Aprecia Pharmaceuticals, a declarat că tehnologia poate fi utilizată pentru pacienții cu schizofrenie, boala Parkinson și multe alte afecțiuni.
În Dubai, ei sunt deja serios interesați de dezvoltarea promițătoare.

Controlul cancerului

Dezvoltarea medicamentelor împotriva cancerului este complicată de numărul colosal de soiuri de celule canceroase, aparținând atât țesuturilor diferite, cât și celor aparținând unor indivizi diferiți, precum și aflării în diferite stadii ale evoluției individuale.
Imprimarea 3D a țesuturilor din celulele canceroase ale diferitelor țesuturi și a pacienților diferiți va permite ieftinirea studiului medicamentelor pentru aplicații specifice, ceea ce va reduce durata cercetării, studiile clinice, costul lor și, eventual, producerea de formulări individuale pentru pacienți, determină cel mai eficient medicament nu prin folosirea secvențială a unei persoane vii, ci in vitro.

2.Printarea tridimensională a țesuturilor moi.

Ce este un bio printer 3D

Bioprintul biometric 3D reprezintă folosirea tipăririi și a tehnicilor tipărite 3D pentru combinarea celulelor, a factorilor de creștere și a biomaterialelor pentru fabricarea pieselor biomedicale care imită maxim caracteristicile țesuturilor naturale. În general, bioprint-ul 3D utilizează metoda strat-cu-strat pentru a depozita materiale cunoscute sub denumirea de biocombustibili pentru a crea structuri asemănătoare țesuturilor care sunt ulterior utilizate în domeniul ingineriei medicale și tisulare.

Fig.2.1 Bioprinter

Structuri precum nasul, urechile (fara tesutul epitelial – pielea) pot fi realizate in baza unui proiect standard in aproximativ 2 ore. Odata ce progresam din punct de vedere tehnologic si al materiei prime bio, vom trece apoi la printarea unor organe din ce in ce mai complexe, dar si la printarea vaselor de sange.
Procedeul prin care se la imprimanta 3D:
* Intai se face un model tridimensional al organului respectiv, care poate proveni fie fie de la tomograf, fie de la un proiectant 3D.

*Apoi intra in scena aplicatia cu care e dotata imprimanta 3D: ea le imparte in straturi foarte subtiri (2-16 microni) si genereaza toate miscarile necesare pe care imprimanta 3D trebuie sa le execute pentru a crea din straturi succesive modelul 3D.

*Materia prima este un bio gel sau un polimer biodegradabil la ultraviolete (UV), care e amestecat cu celule stem, mezenchimale (din maduva osoasa) sau epiteliale (piele), in functie de tesutul final.

*Pentru printarea 3D se folosesc in special celulele stem prelevate la nastere, dar si celule mezenchimale prelevate din maduva osoasa direct de la pacient.

*Dupa ce organul se printeaza, el e bagat intr-un incubator, unde este "hranit", iar bio gelul e degradat in functie de cum prolifereaza celulele stem, acestea urmand sa ia forma structurala si functionala a biogelului folosit ca suport.

Regenerarea pielei

Imprimanta 3D utilizează injectoare cu componente biologice. Pielea umană este imprimată în straturi, iar întregul proces este controlat de un computer. Pentru imprimare se utilizează plasmă conținând cerneală biologică, fibroblaste primare și keratinocite (celule epiteliale umane)- obținute prin biopsie.

2.1 Aplicarea bioprinterului medical – restabilirea defectelor

Oamenii de știință spanioli au prezentat o imprimantă bio care imprimă o piele complet identică cu cea umană. Un grup de cercetători de la Universitatea Carlos III din Madrid, Centrul pentru Cercetare în domeniul Energiei, Mediului și Tehnologiei (CIEMAT) și Spitalul Universitar de la Gregorio Maranon de la Madrid au dezvoltat o imprimantă 3D care tipărește materiale biologice. Studiile au arătat că pielea rezultată este pe deplin funcțională și poate fi utilizată în medicină și transplantologie, precum și pentru testarea produselor cosmetice și a produselor chimice de uz casnic.

Fig.2.2 Printarea bio-pielea *Charles III University of Madrid

Imprimanta 3D utilizează injectoare cu componente biologice. Pielea umană este imprimată în straturi, iar întregul proces este controlat de un computer. Pentru imprimare se utilizează plasmă conținând cerneală biologică, fibroblaste primare și keratinocite (celule epiteliale umane)- obținute prin biopsie.

Pielea este creată folosind așa-numita "bio-cerneală". Unul dintre cercetători, Juan Francisco del Cañizo, notează că o înțelegere a modului în care să se amestece și să se aplice biomateriale pentru a funcționa celulele a fost cheia pentru crearea tehnologiei. Pielea este imprimată strat cu strat, repetând structura pieii reale umane.

Fig .2.3 3D-bioprinter pentru imprimarea pielii umane

Oamenii de știință au dezvoltat o plasmă specială care conține cerneluri bio, fibroblaste primare și keratinocite (celule epiteliale umane) obținute prin biopsie.
Pielea tipărită pe bioprinter este de 100% similară structurii omologului său natural: are un strat protector exterior al epidermei și straturile interioare ale dermei constând din fibroblaste – celule de țesut conjunctiv care produc colagen, ceea ce face pielea mai elastică. Deoarece celulele vii sunt folosite pentru imprimare, pielea tipărită este activă din punct de vedere biologic și începe să producă colagenul în sine.

"Cunoașterea modului în care trebuie să se amestece în mod corespunzător componentele biologice, cum să se lucreze cu ele, astfel încât celulele să nu se descompună și cum să depoziteze în mod corespunzător produsul rezultat este extrem de important pentru un rezultat pozitiv", subliniază unul dintre coautorii dezvoltării Juan Francisco del Cañizo .

Cercetatorii noteaza ca pielea umana tiparita pe bioprinterul lor va fi folositoare in multe locuri. În ceea ce privește scopul propus – în medicină și transplantologie pentru altoirea pielii și dezvoltarea implantului, mai ales că procesul de imprimare a pielii este de multe ori mai rapid decât alte metode de creștere a pielii. De asemenea, pielea obținută prin noua metodă va putea înlocui utilizarea animalelor în cercetarea cosmetică, medicală și farmaceutică.
În cazul grefelor cutanate după arsuri, de exemplu, pielea este imprimată pe un bioprinter în doar câteva zile de la celulele unui anumit pacient. Acest lucru accelerează supraviețuirea și minimizează riscul de respingere la aproape zero. În ceea ce privește experimentele și testele uzuale, pielea alogenă poate fi tipărită din orice celule.

Fig .2.5 Aceasta este epiderma și derma pielii umane.

Dezvoltatorii dispozitivului numesc ieftina a metodei, precum și standardizarea maximă și automatizarea procesului de producție a unei astfel de piele un mare plus al tehnologiei. Astăzi, este nevoie de mult timp pentru a crea piele pentru transplanturi – două până la trei săptămâni. Pentru comparație, bioprinterul menționat mai sus tipărește o bucată de piele cu o suprafață de 100 de centimetri pătrați în doar 35 de minute, din care jumătate de oră trece în gelifierea fibrinului. Nu există vase de sânge în interiorul pielii primite, dar echipa de dezvoltare își stăpânește deja imprimarea. Cel mai probabil, în viitorul apropiat, ambele tehnologii se vor combina pentru a obține un rezultat care este cel mai apropiat de pielea reală. Fig.2.6 Exemplu BioDan
În timp ce tehnologia este licențiată în organismele europene de reglementare relevante, cercetătorii spanioli încearcă să utilizeze propriul bioprinter pentru imprimarea altor țesuturi umane – vasele de sânge, supapele cardiace, traheea.

Deoarece celulele vii sunt folosite pentru imprimare, pielea tipărită este activă din punct de vedere biologic și începe să producă colagenul în sine. În practicarea centrelor de ardere, creșterea în vitro a celulelor pacientului durează aproximativ 2 săptămâni. Noua tehnologie de imprimare pe o imprimantă 3D permite rezolvarea aceleiași probleme în 2 zile.

Utilizând imprimarea 3D, medicii chinezi au reușit să crească urechea de pe brațul pacientului.

Fig .2.7 Creșterea urechei pe brațul pacientului.

Chinezul Zhang au fost răniți grav într-un accident de mașină. Din fericire, în cel de-al doilea spital de la Universitatea de Medicină din Kunming, a fost salvat o viață și a vindecat majoritatea leziunilor – a suferit nouă operațiuni. Cu toate acestea, medicii nu au reușit să salveze urechile deteriorate ale lui Zhang – auzul său a fost grav rănit, dar absența urechii a avut un efect negativ asupra stării emoționale a pacientului.
Speranta Zhang a fost dat de Dr. Wang Jihua, directorul Departamentului de Chirurgie Plastica – el a explicat pacientului ca va fi Fig .2.8 Ureachea în braț capabil sa transplanta o ureche crescuta din propriile celule pe brat. Desigur, aceasta este o procedură experimentală, în care se fac manipulări neobișnuite. În primul rând, medicii au pregătit mâna dreaptă, instalând un dispozitiv de extindere special și introducând în mod constant apă pentru a stimula întinderea pielii. Apoi, medicii au extras un fragment din cartilajul coastelor pacientului, care trebuia să servească drept bază pentru o nouă ureche.

Pentru a obține forma corectă, medicii au folosit un model de ureche imprimat pe o imprimantă 3D. Cartilajul finit a fost transplantat pe mâna pacientului sub o suprafață suplimentară a pielii – acum rămâne să aștepți finalizarea proceselor de acumulare naturală, după care urechea poate fi transplantată pe capul pacientului. Procesul va dura aproximativ trei luni. Fără tehnologia de imprimare 3D, ar fi mult mai dificil să se modeleze cartilajul.

University of Toronto
Professor Axel Guenther, Dr. Marc Jeschke, student Navid Hakimi

Fig .2.9 (a,b) 3D printer mobil prototip

La pacientul cu rani profunde a pielea, unde poate fi afectată toate trei straturi de piele, epidermis, derma și țesut subcutanat. Tratamentul curent preferat este de piele groasime mari, unde în cazul în care pielea donatoare sănătoasă este altoită pe epiderma superficială și pe o parte a dermei subiacente.

Benzi verticale de bio-cerneală, constând din biomateriale pe bază de proteine, inclusiv colagenul, cea mai abundentă proteină din dermă și fibrina, o proteină implicată în vindecarea rănilor, trec de-a lungul părții interioare a fiecărei foi de țesut

Universitatea Princeton și Universitatea Johns Hopkins

Fig .2.10 (a,b) protezarea urechei

Universitatea Princeton și Universitatea Johns Hopkins au colaborat pentru a crea o ureche umană bionică 3D cu abilități supranormale. Un implant de urechi bionic, tipărit utilizând alginat de tip sedimentar hidrogel, poate detecta frecvențe radio care se află în afara ariei normale de auz. Urechea bionică este o fuziune interesantă a biologiei și a nanoelectronicii.

CONCLUZII

Perspectivele utilizării imprimantelor 3D în medicină: utilizarea imprimantelor 3D face posibilă imprimarea protezelor care iau în considerare cele mai mici caracteristici individuale ale unei persoane. Dacă chirurgul se va întâlni cu o radiografie.
Dacă un model 3D tipărit este rupt până la corectitudine, atunci șansele unei greșeli sunt destul de scăzute, acestea vor fi reduse la aproape zero și medicul va fi mult mai bine pregătit pentru intervenții chirurgicale.

O imprimantă 3D este un dispozitiv periferic care utilizează metoda de creare a unui obiect fizic folosind un model 3D digital. Tehnologiile tridimensionale în medicină devin tot mai relevante și se dezvoltă în două direcții: scanarea și eliberarea 3D modele, precum și crearea oaselor artificiale, a vaselor de sânge și a organelor din celulele pacientului.

Procesul de producție al acestor țesuturi se poate realiza în două moduri: pielea alogena, dintr-un material celular de mari dimensiuni, pentru procesele industriale; și piele autologă, creată de la caz la caz din celulele pacientului, pentru utilizări terapeutice, cum ar fi arsuri grave. "Folosim numai celule și componente umane pentru a produce o piele bioactivă și a genera propriul colagen uman, evitând utilizarea colagenului animal, așa cum fac alte metode", spun oamenii de știință. Și nu numai asta, deoarece în prezent investighează cum să imprime alte țesuturi umane.

Avantajele acestei noi tehnologii sunt diverse: Această metodă de bioprinting permite generarea pielii într-un mod automatizat și standardizat și face procesul mai ieftin în comparație cu producția manual.

În prezent, această dezvoltare se află în faza de aprobare de către diferite entități europene de reglementare pentru a se asigura că pielea produsă este potrivită pentru utilizarea în transplanturi la pacienții cu arsuri și alte probleme ale pielii. În plus, aceste țesuturi pot fi utilizate pentru testarea produselor farmaceutice, precum și a produselor cosmetice și a substanțelor chimice de înaltă consum, în cazul în care reglementarea actuală necesită testare fără animale.

Structuri precum nasul, urechile (fara tesutul epitelial – pielea) pot fi realizate in baza unui proiect standard in aproximativ 2 ore. Odata ce progresam din punct de vedere tehnologic si al materiei prime bio, vom trece apoi la printarea unor organe din ce in ce mai complexe.

Imprimanta 3D ar putea juca un rol imprimant si in tratarea pacientilor de cancer, prin realizarea unei terapii personalizate.
Odata cu celulele stem putem preleva si celule canceroase. Aceste celule vor fi printate 3D in forma tumorii si, in urma aplicarii medicamentatiei, vom putea urmari progresul sau regresul celulelor stem. Toate astea fara a fi nevoie de a experimenta pe pacient. Aceasta ne deschide oportunitati pentru a crea medicamentatie personalizata pentru fiecare pacient. In loc să distrugem sistemul imunitar cu acea supă de medicamente in cazul chimeoterapiei, putem elimina medicamentele nocive nefunctionale si trata cancerul strict cu medicamentele care au un efect direct asupra celulelor canceroase.

Astfel, bolnavii care au nevoie de organe pentru transplant nu vor mai depinde de un donator, dar organul de care au nevoie va putea fi realizat cu ajutorul imprimantei, folosind celulele pacientului. Astfel nu va mai exista nici riscul de respindere a noului organ.

BLIOGRAFIE

1. http://www.3dpulse.ru

2. https://www.digispace.ru/solutions/medicine.html

4. https://www.publika.md/a-fost-creata-bio-imprimanta-3d-care-produce-piele-umana-functionala_2905131.html.

5. https://www.popmech.ru/.

6. https://www.hwlibre.com/biodan-group-presenta-la-primera-impresora-3d-piel-humana-disenada-espana/7. Большая Российская энциклопедия. Т.V. 1998.

8. http://rep.bsmu.by/bitstream/handle/BSMU/12968/10.pdf?sequence=1&isAllowed=yhttps://kgrant.ru/ro/blinking-when-switched-on-led-bulb-why-the-led-lamps-blink/