3-D-printere kan omforme gendannelser for ofre for hajbid

Et traumeoffer køres ind på en skadestue, hans lår kagede sammen med blodvåde bandager.

Læger arbejder hurtigt på at vurdere såret - et stort, dyb flænge; talrige punkteringspunkter; kød mangler; knogle brækket. Absolut en bid, højst sandsynligt fra en haj som rapporteret af paramedicinerne, der transporterede den unge surfer fra stranden.

En sygeplejerske reagerer med en specialiseret scanner, der er designet til at kortlægge såret, generere digitale modeller af den manglende muskel, knogle, kapillærer, sener og hud. Hun sender scanningerne videre til hospitalets 3-D bioprintlaboratorium, og - mens surferen er klar til operation - genererer en tekniker det væv, der skal bruges til at lukke såret.

Mens science fiction i dag, University of Nebraska–Lincoln forskere – inklusive Ali Tamayol og Prahalada Rao – stræber efter at gøre dette scenarie til virkelighed.

"I dag, hvis du mister et ben, knuse et knæ eller brække en knogle, vi kan udskrive tilpassede erstatningsimplantater, " sagde Rao, adjunkt i maskin- og materialeteknik. "Men, at erstatte funktionelt væv omkring de strukturer er stadig noget, der kun sker på Star Trek.

"Jeg synes, det er en opnåelig proces. Det kommer bare til at tage tid."

Rao og Tamayol nærmer sig problemet fra forskellige vinkler.

Rao, en nylig vinder af en National Science Foundation CAREER-pris, arbejder på at perfektionere 3-D printprocessen. Han er fokuseret på at skabe nye 3-D-printmetoder, der genererer fejlfrie dele - fra udskiftningsknæ til flyturbiner - hver gang.

Tamayol, en assisterende professor i maskin- og materialeteknik, forsker i måder at fremstille bioblæk – 3-D-printede blandinger af celler og gel, der kan bruges til at skabe regenerative vævsimplantater.

Arbejder med forskere ved MIT og Massachusetts General Hospital, Tamayol var en del af et team, der for nylig viste, hvordan bioblæk infunderet med blodpladerigt plasma kan fremskynde helingen af ​​små ridser.

"Det ultimative mål er at generere funktionelt væv, der kan implanteres for at erstatte eller reparere beskadiget væv, " sagde Tamayol. "Selvom vi har vist nogle fremskridt, vi står stadig over for en række biologiske forhindringer inden for vævsteknologi."

Mange forhindringer centrerer sig om at skabe nødvendige funktioner i selve vævet - fra etablering af strømmen af ​​ilt og næringsstoffer gennem mikroskopiske kapillærer til at forbinde nerver, der tillader muskelfibre at reagere. Plus, skabelsen af ​​erstatningsvæv skal fuldføres hurtigt, da det dør på mindre end 30 minutter, medmindre blodgennemstrømningen er etableret.

Og, mens deres arbejde kan føre til processer, der hurtigt og pålideligt kan skabe erstatningsvæv, der er stadig spørgsmålet om afvisning af kroppen.

"At udvikle teknikker til at stoppe immunresponset på nyt biologisk materiale, der introduceres i kroppen, er nøglen, når vi bevæger os fremad, " sagde Tamayol. "Vi er også nødt til at undersøge biologiske faktorer, der kan engagere celler fra værtskroppen til at regenerere væv."

En mulig løsning til at reducere immunresponset er at blande en patients egne celler og blodplader i bio-blæk - en proces, der viste lovende i Tamayols nylige undersøgelse.

Baseret på fremskridtstempoet inden for branchen, Tamayol og Rao vurderer, at manipuleret erstatningsvæv vil blive en realitet inden for det næste årti.

Husker-ledet forskning i 3-D-print er understøttet af Nebraska Engineering Additive Technology, eller NETT, Labs. Rummet, beliggende i Scott Engineering Center, har fire banebrydende printere, der kan tilføje eller trække en række forskellige materialer fra. Nebraska Engineering har også en state-of-the-art bioprinter med en anden, der går online senere i år.

"Ti år siden, der var ingen måde, vi kunne udskrive en motor på. Sidste år, Space X frigav SuperDraco, en 3-D printet raketmotor, " sagde Rao. "Innovation på dette område bevæger sig meget hurtigt. Og, gennem investeringer i udstyr og nye partnerskaber, der dannes med industri og kolleger rundt om i verden, Nebraska er klar til at være førende i fremtiden for 3-D-print."