Mitä 3D-tulostinta ei voi rakentaa? Mahdollisten vastausten määrä tähän kysymykseen on vähentynyt räjähdysmäisesti viime vuosina, kun korkean teknologian koneet jatkavat kiinteän esineen polttamista tietokoneen suunnittelusta.
Pelkästään viime kuukausien aikana nähtiin lukemattomia uusia tuotteita ja prototyyppejä, jotka kattoivat useita toimialoja jalkapallokengistä ja kynistä teräsrakettien osiin ja aseisiin. Viime kuussa tekniikka auttoi korvaamaan 75 prosenttia ihmisen vaurioituneesta kallosta, ja tällä viikolla se palautti miehen kasvot sen jälkeen kun hän menetti puolet siitä syöpään neljä vuotta sitten.
Nykyään uusi tutkimus ehdottaa, että 3D-tulostettu materiaali voisi jonain päivänä matkia ihmiskudoksen solujen käyttäytymistä. Jatko-opiskelija Gabriel Villar ja hänen kollegansa Oxfordin yliopistossa kehittivät pieniä kiintoaineita, jotka käyttäytyvät kuin biologinen kudos. Hieno materiaali muistuttaa fyysisesti aivoja ja rasvakudosta, ja sen koostumus on pehmeää kumia.
Tämän materiaalin luomiseksi erityisesti suunniteltu 3D-tulostin seurasi tietokoneohjelmoitua kaaviota ja poisti kymmeniä tuhansia yksittäisiä pisaroita määritellyn kolmiulotteisen verkon mukaisesti. Kuten yllä olevasta videosta nähdään, sen suuttimet liikkuivat eri kulmissa kunkin pienen helmen sijainnin määrittämiseksi. Jokainen pisara painaa noin yksi pikolitra - se on yksi biljoonaosa litrasta - yksikkö, jota käytetään mustepatruunoiden pisaroiden mittaamiseen. Suutintekniikka toimii suunnilleen samalla tavalla pienten nestepisteiden yhdistämiseksi kokonaisiin kuviin ja sanoihin paperilla.
Nestepisarat sisälsivät kudosoluista löytyviä biokemikaaleja. Päällystetty lipideihin - rasvoihin ja öljyihin - pienet vesiosastot tarttuivat toisiinsa muodostaen yhtenäisen ja itsekantavan muodon, jolloin jokainen helmi oli jaettu ohuella, yksinkertaisella kalvolla, joka muistuttaa lipidikaksoiskerroksia, jotka suojaavat solujamme.
Useita 3D-tulostettuja pisaraverkkoja. Kuva: Gabriel Villar, Alexander D. Graham ja Hagan Bayley (Oxfordin yliopisto)
Muotojen, jotka painetut pisarat muodostivat, pysyivät vakaina useita viikkoja. Jos tutkijat ravistelivat materiaalia hiukan, pisarat voivat siirtyä, mutta vain väliaikaisesti. Suunniteltu kudos nousi nopeasti takaisin alkuperäiseen muotoonsa, tutkijoiden mukaan joustotaso on verrattavissa ihmisen pehmytkudossoluihin. Verkoston lipidikaksoiskerrosten monimutkainen hilatyö näytti pitävän “solut” yhdessä.
Joissakin pisaraverkoissa 3D-tulostin rakensi huokoset lipidikalvoon. Reiät matkivat proteiinikanavia esteiden sisällä, jotka suojaavat oikeita soluja, suodattaen solutoiminnalle tärkeitä molekyylejä sisään ja ulos. Tutkijat injektoivat huokosiin tietyn tyyppisen molekyylin, joka on tärkeä solujen väliselle kommunikoinnille, sellaisen, joka välittää signaaleja lukuisille soluille, jotta ne toimivat yhdessä ryhmänä. Vaikka 3D-tulostettu materiaali ei pystynyt toistamaan tarkasti kuinka solut leviävät signaaleja, tutkijoiden mukaan molekyylin liikkuminen määriteltyjen reittien läpi muistutti aivokudoksen neuronien sähköistä viestintää.
Vesi tunkeutui helposti verkon kalvoihin, vaikka huokosia ei olisi rakennettu sen rakenteeseen. Pisarat turpoavat ja kutistuivat osmoosiprosessin avulla yrittäen saada aikaan tasapaino niiden sisältämän vesimäärän ja niitä ympäröivän määrän välillä. Veden liikkuminen riitti nostamaan pisaroita painovoimaa vastaan, vetämällä ja taittamalla ne jäljittelemään lihaksellista toimintaa ihmisen kudoksessa.
Tutkijat toivovat, että nämä pisaraverkot voitaisiin ohjelmoida vapauttamaan lääkkeitä fysiologisen signaalin seurauksena. Painetut solut voitaisiin joskus integroida myös vaurioituneisiin tai viallisiin kudoksiin, mikä tarjoaa ylimääräisiä telineitä tai jopa korvaa viallisesti toimivia soluja, Ehkä jopa syrjäytetään noin 1, 5 miljoonasta kudoksensiirrosta, joita Yhdysvalloissa tapahtuu vuosittain. Mahdollisuudet vaikuttavat suurimmalta aivokudossiirtoille, koska lääketieteelliset insinöörit yrittävät tällä hetkellä kasvattaa aivosoluja laboratoriossa etenevien sairauksien, kuten Huntingtonin taudin, hoitamiseksi, joka tuhoaa hitaasti hermosoluja.
Kasvavatko se ihmiskudosta tai kokonaisia korvia, 3D-tulostustekniikka on täydessä vauhdissa lääketieteen alalla, ja lukemattomat tutkijat hyvät varmasti hyppäämään vaunuun tulevina vuosina.
