211service.com
Cyborg delar
Labbtillverkade organ skulle kunna göra mer än att bara fungera som färdiga alternativ för patienter i nöd: med rätt blandning av biologi och materialvetenskap kan de till och med ge människor övermänskliga förmågor.
Det är vad forskare vid Princeton University ser som framtiden för vävnadsteknik, och de tror att 3D-utskrift är vägen dit. Michael McAlpine och medlemmar i hans labb rapporterade nyligen att en 3D-skrivare kunde bygga ett bioniskt öra som kan detektera frekvenser en miljon gånger högre än det normala hörselområdet.
Den här historien var en del av vårt septembernummer 2013
- Se resten av frågan
- Prenumerera
Örat visar hur 3D-utskrift sömlöst kan sammanföra elektronik och biologiska vävnader. Normalt sett spelar dessa material inte bra ihop - det ena är styvt och spricker lätt, medan det andra är mjukt och flexibelt. Men med 3-D-utskrift kan de två tillverkas tillsammans, säger McAlpine. Det är ett sätt man naturligt kan fläta ihop allt till ett tredimensionellt format, säger han. Detta kan hjälpa forskare att tillverka kroppsvävnader med integrerade enheter som kan övervaka hälsan, eller till och med bygga cyborgorgan som förstärker konventionella sinnen.
Teamet började med ett öra eftersom formen är svår att återskapa med traditionell vävnadsteknik. Dessutom är mycket av ett öra brosk, som saknar blodkärl - strukturer som undviker vävnadsingenjörer (för nu).
För att bygga det bioniska organet styrs skrivaren av en datormodell av ett öra som teamet har lagt till modellen av en intern antennspole ansluten till en extern elektrod. Lager för lager växlar maskinen mellan tre bläck: en blandning av nötkreatursbroskbildande celler suspenderade i ett tjockt skum av hydrogel; en suspension av silvernanopartiklar för att bilda spolen och externa cochlea-formade elektroder; och silikon för att omsluta elektroniken. Silvernanopartiklarna är tätt packade så att de kan leda elektricitet. Det fungerar som en metall, men eftersom de är nanopartiklar kan du skriva ut dem på ett sätt som du normalt inte kunde skriva ut en metall, säger McAlpine.
Utskriften tar cirka fyra timmar. Sedan badas örat i en näringsrik buljong så att cellerna kan växa, producera kollagen och andra molekyler och ersätta sin ursprungliga omgivning med brosk.
Med sin helt inbäddade spole kan det bioniska örat upptäcka och sända radiosignaler – men inte ljudvågor. McAlpine säger att funktionalitet kan läggas till framtida modeller genom att integrera piezoelektriska material, som omvandlar mekanisk energi till elektrisk energi. En dag kunde dessa enheter hjälpa en person att höra genom samma mekanism som används för att ansluta cochleaimplantat, eller kanske ge en sjätte känsla av elektromagnetisk mottagning.
Nästa McAlpine vill utöka utbudet av objekt som en 3D-skrivare kan producera. Det finns betydande utmaningar, säger han. Men med skrivare med högre upplösning, tror han, kommer hans team att kunna introducera avancerad elektronik.
Förutom att göra det möjligt för biologiska vävnader att införliva material med exceptionella egenskaper, kan 3-D-utskrift hantera en vävnadsteknisk utmaning: hur man odlar organ med blodkärl. Vaskulaturnätverk har en otroligt komplicerad geometri, säger McAlpine. Ett sådant genombrott skulle vara nyckeln till att skriva ut organ som innehåller blodkärl, såsom lever, njurar och hjärtan.