Części cyborga

Narządy wyprodukowane w laboratorium mogłyby nie tylko służyć jako gotowe opcje dla potrzebujących pacjentów: dzięki odpowiedniemu połączeniu biologii i materiałoznawstwa mogą nawet obdarzyć ludzi nadludzkimi zdolnościami.

Właśnie to naukowcy z Princeton University postrzegają jako przyszłość inżynierii tkankowej i wierzą, że druk 3D jest tam drogą. Michael McAlpine i członkowie jego laboratorium poinformowali niedawno, że drukarka 3D może zbudować bioniczne ucho zdolne do wykrywania częstotliwości milion razy wyższych niż normalny zakres słyszenia.

Ta historia była częścią naszego wydania z września 2013 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Ucho pokazuje, jak druk 3D może bezproblemowo łączyć elektronikę i tkanki biologiczne. Zwykle te materiały nie współgrają ze sobą — jeden jest sztywny i łatwo pęka, a drugi jest miękki i elastyczny. Ale dzięki drukowaniu 3D można je połączyć razem, mówi McAlpine. To sposób, w jaki możesz naturalnie wszystko przeplatać w trójwymiarowy format, mówi. Może to pomóc naukowcom w tworzeniu tkanek ciała za pomocą zintegrowanych urządzeń, które mogą monitorować stan zdrowia, a nawet budować narządy cyborgów, które wzmacniają konwencjonalne zmysły.

Zespół zaczął od ucha, ponieważ kształt jest trudny do odtworzenia za pomocą tradycyjnej inżynierii tkankowej. Ponadto znaczna część ucha to chrząstka, w której brakuje naczyń krwionośnych – struktur, które wymykają się inżynierom tkankowym (na razie).

Aby zbudować bioniczny narząd, drukarka jest sterowana komputerowym modelem ucha, do którego zespół dodał model cewki anteny wewnętrznej połączonej z zewnętrzną elektrodą. Warstwa po warstwie maszyna przełącza się między trzema atramentami: mieszanką komórek tworzących chrząstkę bydlęcą zawieszonych w gęstej mazi hydrożelu; zawiesina nanocząstek srebra tworząca cewkę i zewnętrzne elektrody w kształcie ślimaka; i silikon do obudowy elektroniki. Nanocząsteczki srebra są ciasno upakowane, dzięki czemu mogą przewodzić prąd. Działa jak metal, ale ponieważ są nanocząsteczkami, można je wydrukować w sposób, w jaki normalnie nie można wydrukować metalu, mówi McAlpine.

Drukowanie trwa około czterech godzin. Następnie ucho jest kąpane w bogatym w składniki odżywcze bulionie, aby komórki mogły rosnąć, wytwarzać kolagen i inne molekuły oraz zastępować swoje pierwotne otoczenie chrząstką.

Dzięki w pełni wbudowanej cewce bioniczne ucho może wykrywać i przesyłać sygnały radiowe — ale nie fale dźwiękowe. McAlpine twierdzi, że w przyszłych modelach można by zwiększyć funkcjonalność, integrując materiały piezoelektryczne, które przekształcają energię mechaniczną w energię elektryczną. Pewnego dnia urządzenia te mogą pomóc osobie słyszeć za pomocą tego samego mechanizmu, który służy do łączenia implantów ślimakowych, lub być może zapewnić szósty zmysł odbioru elektromagnetycznego.

Następnie McAlpine chce rozszerzyć zakres obiektów, które może produkować drukarka 3D. Mówi, że istnieją poważne wyzwania. Uważa jednak, że dzięki drukarkom o wyższej rozdzielczości jego zespół będzie w stanie wprowadzić elektronikę z wyższej półki.

Poza umożliwieniem tkankom biologicznym włączenia materiałów o wyjątkowych właściwościach, drukowanie 3D może rozwiązać wyzwanie inżynierii tkankowej: jak hodować narządy z naczyniami krwionośnymi. Sieci naczyniowe mają niezwykle skomplikowaną geometrię, mówi McAlpine. Taki przełom byłby kluczem do drukowania organów zawierających naczynia krwionośne, takich jak wątroby, nerki i serca.

ukryć