Organudskrivning bruger teknikker, der ligner konventionel 3D-print , hvor en computermodel føres ind i en printer, der påfører successive lag af plastik eller voks for at producere et 3D-objekt. [1] I tilfælde af organtryk er det materiale, som printeren bruger, en biokompatibel plast. [1] Den biokompatible plastik danner et stillads, der fungerer som skelet for organer , der er printet. [1] Efterhånden som plastikken lægges ned, sås den også med menneskeceller fra organet hos den patient, som det bliver trykt for. [1] Efter udskrivning overføres organet til et inkubationskammer for at give cellerne tid til at vokse. [1] Efter tilstrækkelig tid implanteres organet i patienten. [1] .
Det ultimative mål med organudskrivning er at skabe organer, der fuldt ud kan integreres i den menneskelige krop, som om de altid har været der. [1] Vellykket organudskrivning kan påvirke flere industrier. Disse omfatter kunstige organer og væv og organtransplantation , [2] farmaceutisk forskning [3] og uddannelse af læger og kirurger [4] .
Feltet for orgelprint stammer fra forskning i stereolitografi , grundlaget for praksis med 3D-print , som blev opfundet i 1984. [5] I begyndelsen af 3D-print-æraen var det umuligt at skabe holdbare objekter, fordi de anvendte materialer ikke var særlig holdbare. [6] Derfor blev 3D-print i første omgang simpelthen brugt som en måde at modellere potentielle slutprodukter, der til sidst ville blive lavet af forskellige materialer ved hjælp af mere traditionelle teknologier. [5] I begyndelsen af 1990'erne blev der udviklet nanokompositter , der gjorde det muligt at gøre 3D-printede objekter stærkere, hvilket gjorde det muligt at bruge 3D-printede objekter til mere end blot modeller. [6] Omkring dette tidspunkt begyndte det medicinske samfund at overveje 3D-print som en måde at skabe kunstige organer på. [5] I slutningen af 1990'erne ledte medicinske forskere efter biomaterialer, der kunne bruges i 3D-print. [5] .
Konceptet med bioprint blev først demonstreret i 1988. [7] I løbet af denne tid brugte forskeren en modificeret HP inkjet-printer til at plotte celler ved hjælp af cytoscribing-teknologi. [7] Fremskridtet fortsatte i 1999, da det første bioprintede kunstige organ blev trykt af et hold videnskabsmænd ledet af Dr. Anthony Atala ved Wake Forest Institute for Regenerative Medicine. [8] Forskere ved Wake Forest printede et kunstigt stillads til en menneskelig blære og såede det derefter med deres patients celler . [5] Ved hjælp af denne metode var de i stand til at dyrke et fungerende organ , og ti år efter implantationen havde patienten ingen alvorlige komplikationer. [9] .
Siden oprettelsen af blæren har Wake Forest Institute for Regenerative Medicine skridt til at printe andre organer . I 2002 blev en miniature, fuldt funktionel nyre (biologi) trykt . [6] I 2003 patenterede Dr. Thomas Boland fra Clemson University brugen af inkjet-print til celler. [10] Denne proces brugte et modificeret punktsystem til at deponere celler i organiserede 3D-arrays placeret på et substrat. [10] Denne printer har muliggjort omfattende forskning i bioprint og egnede biomaterialer. [9] For eksempel, efter disse tidlige opdagelser, blev 3D-print af biologiske strukturer videreudviklet til at omfatte produktion af væv og organstrukturer, i modsætning til cellulære matricer. [11] Derudover er andre trykmetoder såsom ekstruderingsbioprint blevet undersøgt og efterfølgende introduceret som et produktionsmiddel . [elleve]
I 2004 blev bioprintområdet radikalt ændret af endnu en ny bioprinter. [9] Denne nye printer kunne bruge levende menneskelige celler uden behov for et kunstigt stillads. [9] I 2009 brugte Organovo denne nye teknologi til at skabe den første kommercielt tilgængelige 3D-bioprinter . [9] Kort efter blev der oprettet en 3D-bioprinter. Bioprinteren er blevet brugt til at udvikle et biologisk nedbrydeligt blodkar , det første af sin slags, uden et cellestillads. [9] .
I løbet af de sidste ti år har yderligere forskning fokuseret på at skabe andre organer, såsom leveren og hjerteklappen , og væv , såsom kredsløbsnetværket, ved hjælp af 3D-print. [9] I 2019 fik forskere i Israel et stort gennembrud, da de var i stand til at printe et hjerte på størrelse med en kanin med et netværk af blodkar, der kan trække sig sammen som naturlige blodkar. [12] Det trykte hjerte havde den korrekte anatomiske struktur og funktion sammenlignet med det rigtige hjerte . [12] Dette gennembrud repræsenterede den reelle mulighed for at udskrive fuldt fungerende menneskelige organer . [9] Faktisk har forskere fra Warszawa Foundation for Research and Development of Science i Polen arbejdet på at skabe en fuldt kunstig bugspytkirtel ved hjælp af bioprintteknologi . [9] Til dato har disse videnskabsmænd været i stand til at skabe en fungerende prototype. [9] Dette er et område i vækst, og der bliver stadig forsket meget.
I 2004 blev bioprintområdet radikalt ændret af endnu en ny 3D-bioprinter. [9] Denne nye printer kunne bruge levende menneskelige celler uden behov for et kunstigt stillads. [9] I 2009 brugte Organovo denne nye teknologi til at skabe den første kommercielt tilgængelige 3D-bioprinter . [9] Kort efter oprettede Organovo's en 3D-bioprinter. Bioprinteren er blevet brugt til at udvikle et biologisk nedbrydeligt blodkar , det første af sin slags, uden et cellestillads. [9] .
3D-print til fremstilling af kunstige organer har været et stort forskningsemne inden for biologisk teknik . Efterhånden som de hurtige fremstillingsteknikker forbundet med 3D-print bliver mere effektive, bliver deres anvendelighed i syntesen af kunstige organer og væv mere tydelig. Nogle af de vigtigste fordele ved 3D-print er muligheden for at masseproducere stilladsdesigns samt den høje grad af anatomisk nøjagtighed af stilladsprodukter. Dette gør det muligt at skabe konstruktioner, der mere effektivt ligner mikrostrukturen af et naturligt organ eller vævsstruktur . [13] 3D-print af organer kan udføres ved hjælp af en række forskellige teknikker, hver med specifikke fordele, der passer til specifikke typer af organproduktion.
Functional Tissue Sacrificial Writing (SWIFT) er en organudskrivningsteknik, hvor levende celler er tæt pakket for at efterligne den tæthed, der forekommer i den menneskelige krop. Under emballering skæres tunneler over for at efterligne blodkar, hvorigennem ilt og essentielle næringsstoffer leveres. Denne teknik kombinerer andre metoder, der kun pakker celler eller skaber en vaskulatur. SWIFT kombinerer begge metoder og er en forbedring, der bringer forskere tættere på skabelsen af funktionelle kunstige organer. [2] .
Denne organudskrivningsmetode bruger rumligt styret lys eller en laser til at skabe et 2D-mønster, der er lagdelt ved selektiv fotopolymerisering i et bioblækreservoir. 3D-strukturen kan derefter lægges i lag ved hjælp af 2D-skabelonen. Derefter fjernes bioblæk fra slutproduktet. SLA bioprint tillader skabelsen af komplekse former og interne strukturer. Detaljeopløsningen af denne metode er ekstrem høj, og den eneste ulempe er manglen på biokompatible harpikser. [fjorten]
Dråbebaseret bioprint skaber celledesign ved hjælp af dråber af et givet materiale, som ofte kombineres med en cellelinje. Cellerne selv kan også påføres på denne måde med eller uden en polymer. Når der udskrives polymerstilladser med disse metoder, begynder hver dråbe at polymerisere ved kontakt med overfladen af substratet og smelter sammen til en større struktur, når dråberne begynder at smelte sammen. Polymerisering kan foregå på forskellige måder afhængigt af den anvendte polymer. For eksempel initieres alginatpolymerisation ved påvirkning af calciumioner i substratet, som diffunderer ind i det flydende bioblæk og tillader dannelsen af en stærk gel. Dråbebaseret bioprint er almindeligt anvendt på grund af dets produktionshastighed. Dette kan dog gøre den mindre egnet til mere komplekse organstrukturer. [15] .
Ekstrusionsbioprint involverer sekventiel levering af et specifikt trykt stof og en cellelinje fra en ekstruder, en slags bærbart printhoved. Dette er generelt en mere kontrolleret og blødere måde at udskrive væv eller celler på, hvilket tillader brugen af større celletæthed til at skabe tredimensionelle vævs- eller organstrukturer. Under alle omstændigheder dæmpes sådanne fordele af den lavere printhastighed, der anvendes i denne procedure. Ekstrusionsbioprint kombineres ofte med UV-lys, som fotopolymeriserer det trykte stof for at skabe et mere stabilt, koordineret design.
Fused deposition modeling (FDM) er mere almindelig og billig end selektiv selektiv lasersintring. Denne printer bruger et printhoved, der i struktur ligner en inkjet-printer, men bruger ikke blæk. Plastkuglerne opvarmes ved høj temperatur og frigøres fra printhovedet, mens det bevæger sig, og danner genstanden i tynde lag [3] . FDM-printere kan bruge en række forskellige filamenter. Derudover består de fleste FDM-trykte dele typisk af den samme termoplast , som bruges i traditionelle flydende silikonegummi-sprøjtestøbning eller bearbejdningsmetoder [3] . På grund af dette har sådanne dele lignende karakteristika for styrke, mekaniske egenskaber og stabilitet [3] . Præcis kontrol muliggør en konstant mængde frigivelse og et specifikt aflejringssted for hvert lag involveret i skabelsen af formen [3] . Da den opvarmede plast aflejres fra printhovedet, smelter eller smelter den sammen med de underliggende lag. Efterhånden som hvert lag afkøles, størkner det og får gradvist den form, det var beregnet til at skabe, efterhånden som flere lag føjes til strukturen.
Selektiv lasersintring (SLS) bruger pulveriseret materiale som et substrat til at printe nye objekter. SLS kan bruges til at skabe metal, plastik og keramiske genstande. Denne teknologi bruger en computerstyret laser som energikilde til at sintre pulvermaterialet. [16]
Laseren trækker en tværsnitsform af det ønskede objekt ind i pulveret, som smeltes sammen til en fast form. [16] Derefter lægges et nyt lag pulver, og processen gentages. Hvert lag med hver ny påføring af pulver, det ene efter det andet, danner hele objektet. En af fordelene ved SLS-print er, at der efter udskrivning af objektet kræves meget få ekstra værktøjer, dvs. slibning. [16] Nylige fremskridt inden for organudskrivning med SLS omfatter 3D-design til kraniofaciale implantater samt stilladser til hjertevævsteknologi. [16] .
Trykte materialer skal opfylde en lang række kriterier, hvoraf et af de vigtigste er biokompatibilitet . De resulterende 3D-printede materialer skal være fysisk og kemisk egnede til celleproliferation. Biologisk nedbrydning er en anden vigtig faktor og sikrer, at den kunstigt dannede struktur kan ødelægges efter en vellykket transplantation for at blive erstattet af en helt naturlig cellulær struktur. På grund af karakteren af 3D-printning skal de anvendte materialer kunne tilpasses og tilpasses, egnet til en lang række celletyper og strukturelle konformationer. [17]
Materialer til 3D-print består normalt af alginat- eller fibrinpolymerer , der er blevet integreret med celleadhæsionsmolekyler , der understøtter cellernes fysiske vedhæftning. Sådanne polymerer er specifikt designet til at opretholde strukturel stabilitet og modtagelighed for cellulær integration. Udtrykket "bioink" refererer til en bred vifte af materialer, der er kompatible med 3D bioprint . [18] Alginathydrogeler er blevet et af de mest almindeligt anvendte materialer i organtrykforskning, fordi de er meget tilpasselige og kan finjusteres til at efterligne visse mekaniske og biologiske egenskaber, der findes i naturlige væv. Hydrogelernes evne til at tilpasse sig specifikke behov gør, at de kan bruges som et tilpasningsdygtigt stilladsmateriale, der er velegnet til forskellige vævs- eller organstrukturer og fysiologiske forhold [19] Hovedproblemet ved brug af alginat er dets stabilitet og langsomme nedbrydning, hvilket gør det svært at ødelægge den kunstige gel og erstatte den med din egen ekstracellulære matrix af implanterede celler. [20] En hydrogel , der er egnet til ekstruderingstryk, er også ofte mindre strukturelt og mekanisk stærk; dog kan dette problem løses ved at inkorporere andre biopolymerer , såsom nanocellulose, for at give større stabilitet. Egenskaberne af alginat eller blandet polymer bioblæk kan tilpasses og kan modificeres til forskellige applikationer og organtyper. [20] . Andre naturlige polymerer , der er blevet brugt til vævsprint og 3D-print af organer, omfatter chitosan , hydroxyapatit (HA) , kollagen og gelatine . Gelatine er en termofølsom polymer med fremragende slidstyrke, opløselighed , bionedbrydelighed, biokompatibilitet og lav immunologisk afvisning. [21] . Disse kvaliteter er en fordel og fører til en høj grad af kompatibilitet af det trykte organ under implantation.
Syntetiske polymerer er menneskeskabte materialer fremstillet af kemiske reaktioner af monomerer . Deres mekaniske egenskaber skiller sig ud ved, at deres molekylvægt kan justeres fra lav til høj afhængigt af forskellige krav. [21] Imidlertid begrænser manglen på funktionelle grupper og strukturel kompleksitet deres anvendelse i trykning af organer. Moderne syntetiske polymerer med fremragende 3D-print og stofkompatibilitet omfatter polyethylenglycol (PEG), poly(mælkeglykolsyre) (PLGA) og polyurethan (PU) . PEG er en biokompatibel , ikke-immunogen syntetisk ester med kontrollerede mekaniske egenskaber til brug i 3D bioprint . [21] Selvom PEG er blevet brugt i forskellige 3D - printapplikationer , har manglen på celleadhæsionsdomæner begrænset yderligere anvendelse i organprint. PLGA, en syntetisk copolymer , der findes bredt i levende ting såsom dyr, mennesker, planter og mikroorganismer . PLGA bruges i kombination med andre polymerer til at skabe en række materialesystemer, herunder PLGA-gelatine, PLGA-collagen, som alle forbedrer materialets mekaniske egenskaber, in vivo-rumbiokompatibilitet og har kontrolleret bionedbrydning . [21] PLGA bruges mest i trykte designs til knogler , lever og andre store organer. Endelig er PU unik ved, at det kan opdeles i to grupper: biologisk nedbrydeligt og ikke-biologisk nedbrydeligt. [21] Det er blevet brugt inden for bioprint på grund af dets fremragende mekaniske og bioinerte egenskaber. En anvendelse af PU kunne være et livløst kunstigt hjerte , men med eksisterende 3D-bioprintere kan denne polymer ikke udskrives. [21] En ny PU- elastomer blev skabt af PEG og polycaprolacton (PCL) monomerer . [21] Dette nye materiale udviser overlegen biokompatibilitet , bionedbrydelighed , bioprintbarhed og biostabilitet til brug ved trykning og fremstilling af komplekse biokunstige organer. [21] På grund af dets høje vaskularitet og neurale netværksdesign kan dette materiale anvendes til print af organer af varierende kompleksitet, såsom hjernen , hjertet , lungerne og nyrerne .
Naturlig-syntetiske hybridpolymerer er baseret på en synergistisk effekt mellem syntetiske og biopolymere komponenter. [21] Gelatine methacryloyl (GelMA) er blevet et populært biomateriale inden for bioprint. GelMA har vist sig at have et levedygtigt potentiale som bioblækmateriale på grund af dets passende biokompatibilitet og let afstembare psykokemiske egenskaber. [21] Hyaluronsyre (HA) - PEG er en anden naturlig-syntetisk hybridpolymer , der har haft stor succes med bioprint. HA i kombination med syntetiske polymerer hjælper med at producere mere stabile strukturer med høj cellelevedygtighed og begrænset tab af mekaniske egenskaber efter udskrivning. [21] En nylig anvendelse af HA - PEG i bioprint er skabelsen af en kunstig lever . Endelig er en række bionedbrydelige polyurethan (PU) -gelatine hybridpolymerer med tilpasselige mekaniske egenskaber og effektiv nedbrydningshastighed blevet introduceret i organudskrivning. [21] Denne hybrid tillader udskrivning af komplekse strukturer såsom næselignende strukturer.
Alle de ovenfor beskrevne polymerer kan potentielt laves til implanterbare, biokunstige organer til formål, herunder, men ikke begrænset til, individuel organreparation, lægemiddelscreening og metabolisk modelanalyse.
Skabelsen af et komplet organ kræver ofte inddragelse af mange forskellige typer celler arrangeret i et specifikt og mønstret mønster. En fordel ved 3D-printede organer i forhold til traditionelle transplantationer er evnen til at bruge celler opnået fra en patient til at skabe et nyt organ. Dette reducerer i høj grad sandsynligheden for transplantatafstødning og kan eliminere behovet for immunsuppressive lægemidler efter transplantation , hvilket reducerer sundhedsrisiciene ved transplantation . Men da det ikke altid er muligt at indsamle alle nødvendige celletyper , kan det være nødvendigt at indsamle voksne stamceller eller inducerede pluripotente stamceller i væv. [19] Dette er forbundet med ressourcekrævende cellevækst og -differentiering og kommer med sit eget sæt af potentielle sundhedsrisici, da celleproliferation i det organprintede organ sker uden for kroppen og kræver ekstern anvendelse af vækstfaktorer. Imidlertid kan nogle vævs evne til at selvorganisere sig i differentierede strukturer give muligheden for samtidig at designe væv og danne forskellige cellepopulationer , hvilket øger effektiviteten og funktionaliteten af organudskrivning. Traditionelt accepteres det at tildele følgende typer printerkroppe:
Disse printere bruges i de metoder, der er beskrevet tidligere. Hver printer kræver forskellige materialer og har sine egne fordele og begrænsninger.
I øjeblikket er den eneste behandling for mennesker med organsvigt at vente på en transplantation fra en levende eller nyligt afdød donor. [22] Alene i USA er mere end 100.000 patienter på venteliste for organtransplantationer til organdonation . [23] Patienter på donorlisten kan vente dage, uger, måneder eller endda år på, at et passende organ bliver tilgængeligt . Den gennemsnitlige ventetid for nogle almindelige typer organtransplantationer er som følger: fire måneder for et hjerte eller lunge , elleve måneder for en lever , to år for en bugspytkirtel og fem år for en nyre . [24] Det er væsentligt flere end i 1990'erne, hvor en patient kun kunne vente fem uger på et hjerte . [22] Sådanne lange ventetider forklares med mangel på organer samt behovet for at finde organer, der egner sig til modtageren. [24] Et organ anses for at være egnet til en patient baseret på blodtype , sammenlignelig kropsstørrelse af donor og modtager, sværhedsgraden af patientens medicinske tilstand, hvor lang tid patienten skal vente på organet, tilgængeligheden af patienten, det vil sige muligheden for at kontakte patienten, hvis nogen.
3D-printteknologi gør det muligt hurtigt og omkostningseffektivt at fremstille produkter af høj grad af kompleksitet med høj reproducerbarhed [3] . 3D-print er blevet brugt i farmaceutisk forskning og fremstilling, hvilket giver et transformativt system til at tillade præcis kontrol af dråbestørrelse og dosis, personlig medicin og produktion af komplekse lægemiddelfrigivelsesprofiler [3] . Denne teknologi tillader skabelsen af implanterbare lægemiddelleveringsanordninger , hvor et lægemiddel injiceres i et 3D-printet organ og frigives efter in vivo [3] . Derudover er organtryk blevet brugt som et transformativt værktøj til in vitro-testning [3] . Det trykte organ kan bruges til at undersøge lægemiddelfrigivelsesfaktorer og deres dosering [3] ..
Organudskrivningsteknologi kan også kombineres med mikrofluidikteknologi for at udvikle et organ på en chip. [25] Disse organer-på-en-chip har potentialet til at blive brugt til at modellere sygdomme, hjælpe med opdagelse af lægemidler og udføre high-throughput assays. [25] Et organ-på-en-chip fungerer ved at give en 3D-model, der efterligner den naturlige ekstracellulære matrix , hvilket giver dem mulighed for at vise realistiske lægemiddelreaktioner. [25] Indtil nu har forskningen fokuseret på udviklingen af lever-på-en-chip og hjerte-på-en-chip, men der er potentiale for at udvikle en hel-krop-på-en-chip-model. [25] .
Ved at kombinere 3D-printede organer kan forskere skabe en krop-på-en-chip. Hjerte-på-en-chip-modellen er allerede blevet brugt til at studere, hvordan nogle lægemidler med pulsbaserede negative bivirkninger, såsom kemoterapilægemidlet doxorubicin, kan påvirke mennesker på individuel basis. [26] Den nye organ-på-en-chip-platform omfatter lever, hjerte, lunger og nyre-på-en-chip. Organer-på-en-chip printes eller designes separat og forbindes derefter sammen. Med denne platform udføres forskning i lægemiddeltoksicitet ved høj gennemstrømning, hvilket reducerer omkostningerne og forbedrer effektiviteten af lægemiddelopdagelsesprocessen. [25] .
3D-printteknologier bruges i forskellige industrier med det fælles mål at lave et produkt. På den anden side er organtryk en ny industri, der bruger biologiske komponenter til at udvikle terapeutiske applikationer til organtransplantationer. På grund af den øgede interesse for dette område har regulering og etiske overvejelser et desperat behov for udvikling. [27] Især kan der være juridiske komplikationer fra præklinisk til klinisk brug af denne behandlingsmodalitet. [28] .
Den nuværende regulering af organdonation har fokuseret på det nationale organdonorregister siden vedtagelsen af National Organ Transplant Act i 1984. [1] Denne lov blev vedtaget for at sikre ligelig og retfærdig fordeling, selvom den viste sig utilstrækkelig på grund af den store efterspørgsel efter organtransplantationer. Organudskrivning kan hjælpe med at reducere ubalancen mellem udbud og efterspørgsel ved at udskrive organer til specifikke patienter; Intet af dette er muligt uden regulering. Food and Drug Administration (FDA) er ansvarlig for reguleringen af biologiske produkter, enheder og lægemidler i USA. [27] [28] På grund af kompleksiteten af denne terapeutiske tilgang, er stedet for organudskrivning på spektret ikke blevet bestemt. Forskning karakteriserer trykte organer som multifunktionelle kombinationsprodukter, hvilket betyder, at de ligger mellem de biologiske og FDA-enhedssektoren; dette fører til mere omfattende gennemgangs- og godkendelsesprocesser. [27] [28] [29] I 2016 udgav FDA et udkast til retningslinjer "Technical Aspects for Additive Manufacturing Devices" og er i øjeblikket ved at evaluere nye applikationer til 3D-printede enheder. [30] Selve teknologien er dog endnu ikke moden nok til, at FDA kan implementere den direkte. [29] På nuværende tidspunkt er 3D-printere, snarere end færdige produkter, hovedemnet for sikkerheds- og effektivitetsevaluering for at standardisere teknologien til personlige behandlingstilgange. Fra et globalt perspektiv er det kun de sydkoreanske og japanske tilsynsmyndigheder for medicinsk udstyr, der har givet retningslinjer gældende for 3D-bioprint. [27] .
Der er også spørgsmål relateret til intellektuel ejendomsret og ejerskab. Dette kan have en stor indvirkning på mere væsentlige problemer såsom piratkopiering, produktionskvalitetskontrol og uautoriseret brug på det sorte marked. [28] [29] Disse overvejelser handler mere om materialer og fremstillingsprocesser; disse er beskrevet mere detaljeret i de juridiske aspekter af 3D-print.
Fra et etisk perspektiv er der bekymringer omkring tilgængeligheden af organprintteknologier, cellekilder og samfundsmæssige forventninger. Selvom denne tilgang kan være billigere end traditionel kirurgisk transplantation, er der skepsis over for den sociale tilgængelighed af disse 3D-printede organer. Moderne forskning har vist, at der er potentiel social lagdeling for den rigere befolkning at få adgang til denne terapi, mens den generelle befolkning forbliver på organregistret. [31] Det er også nødvendigt at tage hensyn til de tidligere nævnte kilder til celler. Organudskrivning kan reducere eller eliminere dyreforskning og -forsøg, men rejser også spørgsmål om de etiske implikationer af autologe og allogene kilder. [31] [32] Mere specifikt er undersøgelser begyndt at undersøge de fremtidige risici for mennesker, der gennemgår eksperimentelle forsøg. [27] Generelt kan en sådan anvendelse forårsage sociale, kulturelle og religiøse forskelle, hvilket komplicerer global integration og regulering. [28] Generelt ligner etiske overvejelser for organudskrivning den generelle etik for bioprint, men er ekstrapoleret fra væv til organer. Generelt har orgeltryk kort- og langsigtede juridiske og etiske implikationer, der skal overvejes, før masseproduktion bliver mulig.
Udskrivning af organer til medicinsk brug er stadig under udvikling. Derfor er den langsigtede virkning af orgeltryk endnu ikke fastlagt. Forskere håber, at organudskrivning kan reducere manglen på organer til transplantationer [33] . Der er i øjeblikket mangel på tilgængelige organer, herunder lever, nyrer og lunger. [34] Lange ventetider for vitale organer er en af de førende dødsårsager i USA, hvor næsten en tredjedel af dødsfaldene i USA årligt kan blive forsinket eller forhindret af organtransplantationer. [34] I øjeblikket er det eneste organ, der er blevet 3D-bioprintet og med succes transplanteret til mennesker, blæren. [35] Blæren blev dannet af vævene i værtens blære. [35] Forskere har foreslået, at en potentiel positiv effekt af 3D-printede organer ligger i evnen til at skræddersy organerne til modtageren [3] . Udviklinger, der tillader brugen af cellerne i modtagerens krop til syntese af organer, mindsker risikoen for organafstødning. [34] .
Evnen til at printe organer har reduceret behovet for dyreforsøg. [36] Dyreforsøg bruges til at bestemme sikkerheden af produkter lige fra kosmetik til medicinsk udstyr. Kosmetikfirmaer bruger allerede små vævsmodeller til at teste nye produkter på huden. [36] Evnen til at 3-D-printe hud reducerer behovet for dyreforsøg til kosmetiske tests. [34] Desuden reducerer evnen til at udskrive menneskelige organmodeller for at teste sikkerheden og effektiviteten af nye lægemidler yderligere behovet for dyreforsøg. [36] Forskere ved Harvard University har fastslået, at lægemiddelsikkerhed kan testes nøjagtigt i små lungevævsmodeller. [36] Organovo, som udviklede en af de første kommercielle bioprintere i 2009, viste, at bionedbrydelige 3D-vævsmodeller kunne bruges til at forske i og udvikle nye lægemidler, herunder kræftbehandlinger. [37] En yderligere effekt af organudskrivning inkluderer evnen til hurtigt at skabe vævsmodeller, hvilket øger produktiviteten [3] ..
En af udfordringerne ved 3D-print af organer er at genskabe det vaskulære system, der er nødvendigt for at holde organerne i live. [38] Etablering af et ordentligt karsystem er afgørende for transport af næringsstoffer, ilt og affaldsprodukter [38] . Blodkar, især kapillærer, er komplekse på grund af deres lille diameter. [34] Der er gjort fremskridt på dette område på Rice University, hvor forskere har udviklet en 3D-printer til at lave kar fra biokompatible hydrogeler og skabt en modellunge, der kan ilte blodet [38] . Men sammen med denne teknik opstår problemet med at gengive andre små detaljer af organer [38] . Det er vanskeligt at reproducere de indviklede netværk af luftveje, blodkar og galdegange og den komplekse geometri af organer [38] .
De problemer, der opstår inden for orgeltryk, går ud over forskning og udvikling af metoder til løsning af problemerne med multikar og komplekse geometrier. Før organtryk bliver bredt tilgængeligt, skal der findes en kilde til resistente celler, og storskala fremstillingsprocesser skal udvikles. [39] . Yderligere udfordringer omfatter udviklingen af kliniske forsøg for at teste syntetiske organers langsigtede levedygtighed og biokompatibilitet. [39] Selvom der er gjort mange fremskridt inden for orgeltryk, er der behov for mere forskning.
| Bioteknik | |
|---|---|
| Områder inden for bioteknik | |
| Relaterede artikler |
|
| Videnskabsmænd | |
| Popularisatorer | |
| 3D print teknologier | |
|---|---|
| Fotopolymerisation |
|
| Inkjet |
|
| Inkjet ved hjælp af klæbemidler | |
| ekstrudering | |
| Pulverteknologi |
|
| laminering |
|
| Laser teknologier |
|
| Konstruktion ved hjælp af additive teknologier |
|
| relaterede emner |
|
| Lang levetid | |
|---|---|
| Aldring |
|
| Livsforlængelse |
|
| Udødelighed | |
| Optegnelser |
|
| levetidsgener | |
| se også | |