Teknologi 3D

Dunia Fiksi Ilmiah dari Organ Cetakan 3D

Dunia Fiksi Ilmiah dari Organ Cetakan 3D

Kembali lagi dengan pencetakan 3D. Seperti yang telah kami sebutkan di artikel sebelumnya tentang manufaktur aditif, pencetakan 3D akan berdampak pada hampir setiap industri besar di seluruh dunia termasuk perawatan kesehatan. Kami telah melihat bagaimana pencetakan 3D dapat menguntungkan industri perawatan kesehatan dengan pandemi virus korona baru-baru ini.

Perusahaan percetakan 3D terkemuka seperti Carbon, Prusa Research, dan Formlabs mencetak pelindung wajah, masker, dan peralatan penting rumah sakit untuk para profesional perawatan kesehatan. Komunitas pencetakan 3D secara keseluruhan telah bekerja keras untuk mengurangi tekanan pada rantai pasokan dan pemerintah.

Pencetakan 3D menjanjikan perubahan dalam industri perawatan kesehatan untuk menawarkan pasien hal-hal yang lebih baik seperti obat-obatan yang lebih cerdas dan prostetik yang sangat disesuaikan. Namun, seperti sesuatu yang keluar dari film Dark Man 1990, mungkin menjadi hal biasa bagi dokter untuk mencetak organ untuk merawat pasien. Faktanya, itu sudah terjadi. Para peneliti dari berbagai universitas terkemuka telah mencetak 3D yang berfungsi sebagai organ utama manusia. Saat ini, di seluruh dunia, dan terutama di Amerika Serikat, kekurangan organ menjadi masalah kesehatan utama yang berkembang.

Organ Cetak 3D dapat menyelamatkan nyawa orang

Karena permintaan organ yang sangat besar, diperkirakan hal itu900,000 kematian setiap tahun dapat dicegah dengan menggunakan organ yang direkayasa. Saat ini, di Amerika Serikat, ada 113,000 pria, wanita, dan anak-anak dalam daftar tunggu transplantasi nasional per Juli 2019. Sayangnya, secara rata-rata,20 orang meninggal setiap hari menunggu transplantasi, sementara setiap 10 menit orang baru ditambahkan ke daftar tunggu. Organ cetakan 3D adalah solusi yang layak. Terlebih lagi, organ hasil rekayasa ini jauh melampaui manfaat praktisnya karena organ rekayasa baru ini sangat hemat biaya.

Misalnya, menurut National Foundation for Transplants, transplantasi ginjal standar dapat menghabiskan biaya rata-rata di atas $300,000, sedangkan bioprinter 3D, printer yang digunakan untuk membuat organ cetak 3D, harganya bisa semurah itu $10,000 dengan biaya yang diperkirakan akan turun karena teknologi berkembang selama beberapa tahun mendatang. Para profesional dan peneliti medis sangat antusias dengan datangnya usia organ cetak 3D.

Hari ini kita akan mengeksplorasi lebih jauh implikasi dari bioprinting 3D, tantangan, manfaat dan potensi masalah dari produk baru yang revolusioner ini. Selama beberapa tahun ke depan, permintaan bioprinting diperkirakan akan terus meningkat.

Dasar-dasar: Apa itu 3D Bioprinting?

Anda mungkin mendengar proses organ cetak 3D yang digambarkan sebagai cetak bioprinting 3D, dengan produk akhir (organ) disebut organ rekayasa. Singkatnya, proses Bioprinting mirip dengan banyak proses pembuatan aditif yang Anda kenal. Namun, dalam hal ini, pembuatan aditif, prosesnya melibatkan penggabungan sel dan faktor pertumbuhan untuk membuat struktur seperti jaringan dan akhirnya organ. Pikirkan printer FDM standar Anda. Kemungkinannya adalah, Anda memilikinya di desktop Anda sekarang, atau pernah melihatnya beraksi. Prosesnya sangat mirip.

Saat Anda ingin mencetak sesuatu secara 3D, hal pertama yang harus Anda lakukan adalah membuat model digital, yang kemudian dicetak menjadi objek 3D fisik menggunakan termoplastik, lapis demi lapis. Bioprinting bekerja serupa, dengan peneliti membuat model jaringan yang ingin mereka buat diikuti dengan proses pencetakan yang merupakan objek akhir lapis demi lapis. Namun, karena printer menggunakan sel steril, resolusi cetak (tinggi lapisan), dan struktur matriks perlu disiapkan dengan benar untuk pencetakan.

Memecahnya lebih jauh, sangat mirip dengan pencetakan SLA pra dan pasca produksi, ada langkah-langkah khusus yang diambil para peneliti untuk memastikan bahwa organ dicetak dengan benar. Pertama dan terpenting, selama fase praproduksi, para profesional medis membuat model digital untuk cetakan mereka menggunakan teknologi seperti pemindaian tomografi terkomputasi dan pemindaian pencitraan resonansi magnetik. Printer kemudian disiapkan dan disterilkan sebelum dicetak sebagai cara untuk mengoptimalkan kelangsungan hidup sel.

Selanjutnya, model dikirim ke printer. Alih-alih menggunakan termoplastik, peneliti menggunakan bioink untuk mencetak struktur mereka. Tinta Bioink diekstrusi lapis demi lapis dengan ketebalan rata-rata sekitar 0,5 mm atau kurang. Namun, seperti filamen, bioink ditempatkan di kartrid printer dan digunakan untuk membuat model 3D fisik. Akhirnya, selama fase pasca produksi, setelah pencetakan selesai, para peneliti secara mekanis dan kimiawi merangsang bagian tersebut untuk memastikan terciptanya struktur yang stabil. Proses pemadatan organ biasanya dibantu oleh sinar UV, bahan kimia tertentu, atau bahkan terkadang panas.

Bioink adalah "filamen" yang digunakan dalam bioprinter

Seperti disebutkan di atas, Bioink digunakan untuk membuat jaringan buatan yang dimodelkan selama proses bioprinting 3D. Berbagai properti berbeda membuat Bioink sempurna secara unik untuk tugas tepat yang sedang dihadapi. Setelah pemeriksaan lebih lanjut, Anda akan menyadari bahwa bioink ini terdiri dari sel dan bahan pembawa, yang biasanya berupa gel biopolimer.

Meskipun bioink dapat sepenuhnya dibuat dari sel, gel biopolimer ini diperlukan untuk menahan sel di tempatnya, memungkinkannya untuk tumbuh, menyebar, dan bahkan berkembang biak, melindungi sel selama proses pencetakan 3D. Tanpa gel biopolimer ini, proses pencetakan jaringan 3D akan jauh lebih sulit.

Saat dicetak menggunakan printer FDM, nosel yang digunakan untuk proses pencetakan dipanaskan hingga suhu tinggi untuk melelehkan plastik dan membuat bagian yang diinginkan. Saat menggunakan bioprinter 3D, prosesnya sama dan sekali lagi menyoroti pentingnya polimer. Saat bioink melewati nosel printer, panas tidak boleh “memasak” sel.

Gel biopolimer menjaga sel agar tidak terlalu panas selama proses pencetakan. Terlebih lagi selama proses yang sama ini, sifat viskoelastik gel membantu mencegah kerusakan sel selama proses ekstrusi keluar dari nosel selama pencetakan.

Sekarang, jika Anda bertanya-tanya apa lagi yang mungkin Anda temukan dalam sup seluler mini bioink, hari ini Anda beruntung. Seperti yang dinyatakan oleh tim di All3DP, "... bioink bergantung pada kombinasi beberapa polimer untuk mencapai semacam jalan tengah di mana batasan kimia, fisik, dan biologis dipatuhi." Biasanya, Bioink mungkin menyertakan apa saja mulai dari asam hialuronat hingga kolagen, alginat, selulosa, dan bahkan sutra.

Apakah orang-orang sudah mencetak organ 3D?

Jawaban singkatnya, ya. Pada tahun 2017 lalu, tim insinyur dari Universitas Sains dan Teknologi Pohang mengembangkan dan mencetak 3D apa yang mereka sebut sebagai "pembuluh darah biologis" dengan memanfaatkan bahan dari tubuh manusia sebagai templat untuk prosesnya. Pembuluh darah tersebut berfungsi dengan baik tanpa masalah sama sekali. Sementara peneliti dari Harvard University, hanya setahun sebelumnya mengembangkan jenis bioink baru khusus untuk ginjal, memungkinkan tim peneliti untuk membuat bagian fungsional penting dari ginjal.

Sementara tim dari startup bioprinting Organovo, di San Diego, telah menunjukkan bahwa mereka dapat mencetak tambalan hati manusia dan menanamkannya ke tikus. Namun, tujuan tim Organovo tidak berhenti sampai di situ. Seperti yang disebutkan di situs web mereka, “Kami memelopori serangkaian kemampuan terapeutik dan profil obat yang unik berdasarkan kemampuan revolusioner kami untuk jaringan bioprint 3D sd yang meniru aspek kunci biologi dan penyakit manusia. Kami berusaha keras untuk mengubah wajah pengobatan melalui pengembangan klinis terapi pengobatan regeneratif untuk mengobati penyakit dan dengan memungkinkan penemuan obat translasi. ”

Uji coba pada manusia untuk transplantasi hati bisa dimulai paling awal tahun ini. Gagasan tentang bioprinting organ manusia tidak lagi jauh dari ide fiksi ilmiah. Peneliti dari perusahaan swasta dan universitas terkemuka telah mencetak telinga, paru-paru, bahkan jantung.

Teknologi bioprinting masih jauh dari sempurna

Ya, ada banyak upaya yang berhasil dalam menciptakan jaringan dan organ yang direkayasa. Namun, teknologinya masih harus ditempuh sebelum sepenuhnya diadaptasi di rumah sakit di dekat Anda. Ada beberapa rintangan yang jelas perlu kita atasi.

Pertama, bioprinting harus lebih cepat serta mampu menghasilkan jaringan dengan resolusi yang lebih tinggi. Mampu mencetak organ 3D dalam hitungan jam atau menit dapat membuat cetak bioprint 3D jauh lebih menarik secara komersial. Sementara resolusi yang lebih tinggi akan memungkinkan interaksi dan kontrol yang lebih baik di lingkungan mikro 3D.

Kedua, kita membutuhkan lebih banyak biomaterial. Saat ini, seperti mencetak hanya dengan beberapa filamen. Sama seperti dengan printer FDM atau bahkan SLA, Anda menggunakan bahan pencetakan yang berbeda untuk menangani pekerjaan yang berbeda.

Hal yang sama berlaku untuk dunia bioink dan kompleks serta berbagai jenis perawatan jaringan medis yang mungkin dibutuhkan manusia. Namun demikian, teknologinya sangat menarik dan seperti yang disebutkan di atas, dapat menyelamatkan jutaan nyawa dalam waktu dekat. Persaingan yang meningkat di sektor swasta dapat membantu menelurkan inovasi cepat yang diperlukan untuk membuat pencetakan 3D menjadi layak.

Apa pendapat Anda tentang dunia bioprinting 3D? Akankah teknologi ini merevolusi industri perawatan kesehatan?


Tonton videonya: 3D wall painting. 3d wall paint 3d wall paint tutorial #3 (Oktober 2021).