211service.com
Cyborg dele
Laboratoriefremstillede organer kunne gøre mere end blot at tjene som parate muligheder for patienter i nød: med den rigtige blanding af biologi og materialevidenskab kan de endda være i stand til at udstyre mennesker med overmenneskelige evner.
Det er, hvad forskere ved Princeton University ser som fremtiden for vævsteknologi, og de mener, at 3-D-print er vejen dertil. Michael McAlpine og medlemmer af hans laboratorium rapporterede for nylig, at en 3-D-printer kunne bygge et bionisk øre, der er i stand til at detektere frekvenser en million gange højere end det normale høreområde.
Denne historie var en del af vores september 2013-udgave
- Se resten af problemet
- Abonner
Øret demonstrerer, hvordan 3-D-printning problemfrit kan samle elektronik og biologiske væv. Normalt spiller disse materialer ikke godt sammen - det ene er stift og brækker let, mens det andet er blødt og fleksibelt. Men med 3-D-print kan de to fremstilles sammen, siger McAlpine. Det er en måde, man naturligt kan flette alt sammen til et tredimensionelt format, siger han. Dette kan hjælpe forskere med at lave kropsvæv med integrerede enheder, der kan overvåge sundheden, eller endda bygge cyborg-organer, der forstærker konventionelle sanser.
Holdet startede med et øre, fordi formen er svær at genskabe med traditionel vævsteknik. Også meget af et øre er brusk, som mangler blodkar - strukturer, der unddrager sig vævsingeniører (for nu).
For at bygge det bioniske organ bliver printeren styret af en computermodel af et øre, hvortil holdet har tilføjet modellen af en intern antennespole forbundet til en ekstern elektrode. Lag for lag veksler maskinen mellem tre trykfarver: en blanding af bovine bruskdannende celler suspenderet i en tyk klud hydrogel; en suspension af sølv nanopartikler til dannelse af spolen og eksterne cochlea-formede elektroder; og silikone til at omslutte elektronikken. Sølvnanopartiklerne er pakket tæt, så de kan lede elektricitet. Det fungerer som et metal, men fordi de er nanopartikler, kan du printe dem på en måde, som du normalt ikke kunne printe et metal, siger McAlpine.
Udskrivning tager omkring fire timer. Derefter bades øret i en næringsrig bouillon, så cellerne kan vokse, producere kollagen og andre molekyler og erstatte deres oprindelige omgivelser med brusk.
Med sin fuldt indlejrede spole kan det bioniske øre registrere og transmittere radiosignaler - men ikke lydbølger. McAlpine siger, at funktionalitet kan tilføjes fremtidige modeller ved at integrere piezoelektriske materialer, som omdanner mekanisk energi til elektrisk energi. En dag kunne disse enheder hjælpe en person med at høre gennem den samme mekanisme, der bruges til at forbinde cochleaimplantater, eller måske give en sjette følelse af elektromagnetisk modtagelse.
Næste McAlpine ønsker at udvide rækken af objekter, en 3-D printer kan producere. Der er betydelige udfordringer, siger han. Men med printere med højere opløsning, tror han, vil hans team være i stand til at introducere avanceret elektronik.
Ud over at gøre det muligt for biologiske væv at inkorporere materialer med exceptionelle egenskaber, kunne 3-D-print løse en vævsteknisk udfordring: hvordan man dyrker organer med blodkar. Vaskulaturnetværk har en utrolig kompliceret geometri, siger McAlpine. Et sådant gennembrud ville være nøglen til at printe organer, der indeholder blodkar, såsom lever, nyrer og hjerter.