Технология • 26 Шілде, 2023

3D принтер адам ағзасын қалыптай ала ма?

186 рет
көрсетілді
6 мин
оқу үшін

Қазіргі уақытта әлем ғалымдары адамдарға трансплантациялауға жарамды мүшелерді, атап айтқанда, бүйрек, бауыр, тіпті жүректі қалыптап шығаратын көпфункциялы принтерді өмірге әкелуге барын салып жатыр. Бір қызығы, биопринтерлердің прототиптері сүйек және шеміршек импланттарын басып шығаруға, сондай-ақ белгілі ақуыздар, майлар, көмірсулар мен дәрумендерді қамтитын күрделі биологиялық тағамдарды жасауға да қабілетті.

3D принтер адам ағзасын қалыптай ала ма?

Осы орайда қарапайым принтерлер жоғары технологиялық биомашинаға қалай айналғанын қысқаша баяндағанымыз жөн болар. Трансплантация саласындағы алғашқы тәжірибелер кезінде ғалымдар заманауи әрі жетіл­ді­ріл­ген қарапайым реактивті аппараттарды қолданды. 2000 жылы биоинженер Томас Боланд күрделі есептеулер мен модификациялар арқылы ДНҚ фрагменттерін басып шығару үшін Lexmark және HP жұмыс үстелі принтерлерінің параметрлері мен сипаттамаларын өзгертті. Адам жасушаларының пара­метрлерін қарапайым прин­­­тердегі сия тамшысының мөл­шерімен салыстыруға бола­тын­ды­ғы және 10 микронға жететіні бел­гілі болды. Зерттеулер нәти­же­сінде жасушалардың 90 пайызы 3D принтерде құру процесінде функциялар мен өміршеңдікті сақтайтындығы анықталды. 2003 жылы Томас Боланд жасушалық басып шығару технологиясын патенттеді. Сол сәттен бастап дене мүшелерін 3D принтер арқылы басып шығару мүмкіндігі таңғажайып дүние болудан қалды. Бірнеше онжылдықтар ішін­де зертханалық зерттеулер жүрекшелерді, жүрек кла­пан­дарын басып шығаруға, сон­дай-ақ трансплантациялау үшін тері мен сүйек тіндерін қал­пына келтіруге қабілетті қар­қын­ды дамып келе жатқан салаға айналды. 2007 жылы биопринт ком­мер­циялық контурға ие бола бастады. Бастапқыда ғалымдар био­принтинг технологиясын дамыту үшін 500 мың доллардан астам қаражат алды, бірақ 2011 жылға қарай инвестиция көлемі айтарлықтай өсті.

Биопринтинг – 3D басып шығаруды қолдана отырып, жасушалық негізде көлемді модельдер жасау технологиясы. 3D принтерде адам мүшелерін қалпына келтіру үшін фотосезімтал гель, арнайы сұйықтық немесе ұнтақ толтырғыш қолданылады. Қолданылатын құрылғыға байланысты жұмыс материалы диспенсерден тұрақты ағын түрінде немесе өлшенген тамшылармен беріледі. Бұл әдіс жасушалардың тығыздығы төмен жұмсақ тіндерді – дана тері мен шеміршекті жасау үшін қолданылады. Сүйек им­плант­­тары табиғи шыққан поли­мерлерден қабатты балқыту арқылы басылады.

3D принтерде дене мүшесін құру­дың алғашқы сәтті экспе­ри­менті 2006 жылы жасалды. АҚШ-тағы «Уэйк Форест» жеке зерттеу университетінің ғалым­дар тобы бірнеше сынақ субъектілері үшін қуықтарды әзірлеп, басып шығарды. Бұл жасанды органды жасау үшін дәрігерлер тін жасушаларын пайдаланды. Экструдер көмегімен арнайы жасалған герметикалық камерадағы донорлық тіңдердің үлгілері (материалдарды жұм­сар­татын және пішіндейтін машина) адам денесінің қалыпты тем­пе­ратурасына 36,6°C дейін қыздырылған қуық орналасуының үстіне жағылды. 6-8 аптадан кейін қарқынды өсу және одан кейінгі бөліну процесінде жасушалар адам ағзасын қалпына келтірді.

3D-принтерде органдарды үлкен көлемде басып шығарумен бірнеше ірі компаниялар ғана айналысады. Бұл салада ең үлкен жетістіктерге америкалық «Organovo» компаниясының инженерлері қол жеткізді. Олар бауыр тінін басып шығара алды. 2014 жылдың қараша айында «Organovo» компаниясының мамандары бауырды 3D-принтерде сәтті басып шығарғаны туралы жаңалық қызу талқыланды. Бұл жолы америкалық ғалымдар 5 апта ішінде биологиялық функциялары мен өміршеңдігін жүзеге асыра алатын жұмыс істейтін адам тінін қайта жасады. Өндірілген мүше дәрі-дәрмектерді сынауға арналған. Бірақ өнертапқыштар жақын болашақта өз жабдықтарын донорлық мүше құруға бейім­дей­ді деп үміттенеді. Әзірге фар­ма­цевтикалық компаниялар зерт­ха­нада алынған «Organovo» мате­риалын тәжірибелік фарма­цев­тикалық үлгілерді сынау үшін пайдаланады. Мұндай сынақ жүйесі дәрі-дәрмек өндіру­ші­ле­ріне қауіпсіз және аз уытты­ антибиотиктерді жасауға мүм­­кіндік береді. Өндіруші компа­ния­ның баспасөз орталығы жақын арада «Organovo» және оның серіктестері трансплантация нарығына шығатынын айтты. Биоинженерлер екі апта бойы биологиялық функциялары мен өміршеңдігін сақтайтын бүйректерді 3D принтер арқылы басып шығара алды. Сондай-ақ компания коммерциялық бүйрек тіндерін шығарумен айналысады, ал фармацевтер оларды инно­вациялық медициналық құрам­­дарды зерттеу үшін сатып алады. Биотін «exVive3D tissue» атауын алды.

Өз кезегінде жапондық «CyFuse»­ компаниясы микро­ско­пия­­лық таяқшаларға байланған сфе­роид­­тардың көмегімен жасу­шалық қосылыстарды модельдеу бойынша жұмыс істеді. ТМД ғалымдары да бас­қа­ ел­дер­­д­егі әріптестерінен қа­лыс қалмады. Ресейде «3D Био­прин­тинг Солюшенс» компания­сы жүргізген биологиялық зерттеулер сәтті аяқталды. Биоинженерлер қалқанша безінің өміршең 3D үлгісін басып шығара алды. Принтерде басылған мүше сынақ тінтуірін қауіпсіз трансплантация­ла­ды. Эксперимент барысында ға­лымдар «3DBio» жоғары техно­ло­­гиялық отандық 3D принтерін қол­данды.

Бүгінде биопринтинг сарапшылар болжағаннан әлдеқайда жоғары қарқынмен дамып келеді. Дегенмен бұл салада қолданылатын технологиялар медициналық импланттардан ерекшеленеді, шыны керек, жаңа жабдықтар әлі де жетілдіруді қажет етеді. Инженерлер жоғары дәлдіктегі модельдер құруды және адамның сүйек қаңқасының әртүрлі элементтерін, дәлірек айтқанда саусақтардың фалангаларын, жамбас буындарын, кеуде қуысының бөлшектерін шығаруды үйренді. Сүйек импланттары био­­химиялық құрамы бойынша сүйек тініне ұқсас жоғары беріктігі бар материал-нитинолдан (титан никелиді) селективті лазерлік агломерация әдісімен жасалады. Баспа үрдісінде компьютерлік томо­графия арқылы жасалған 3D модельдер қолданылады.

Қазіргі уақытта барлық ба­ғыт­тағы жоғары технологияла­р мен ғылыми жетістіктерге негіз болған 3D биопринтинг қарқынды дамып келеді. Олар ішкі ағзаның құры­лымын және олардың жұмы­с принциптерін зерттеудегі көп­те­ген мәселені шешуге көмектеседі. Сондай-ақ жасанды импланттар саласындағы зерттеулерді де айтарлықтай ілгерілетіп отыр.