Drukowanie 3D jest wykonywane z komputerową precyzją, ponieważ to właśnie komputer steruje drukarką, która może wykorzystywać różnego typu materiały: plastik, ceramikę czy też metal. Sam proces polega na drukowaniu tylko jednej warstwy na raz, dopóki nie zostanie ona ukończona. Potem drukowane są kolejne warstwy, dzięki czemu powstaje przestrzenny obiekt.

Od kilku lat naukowcy opracowują nowe sposoby wykorzystania technologii druku 3D w celu poprawy, a nawet ratowania życia człowieka. Tak zwany bioprinting zamiast wykorzystywania tworzyw sztucznych stosuje żywe komórki, które są nakładane na siebie warstwa po warstwie, dzięki czemu powstają funkcjonujące tkanki. Marzeniem wielu badaczy jest stworzenie ludzkich organów, które można by przeszczepiać potrzebującym pacjentom, lecz najprawdopodobniej będzie się ono mogło ziścić dopiero za 10-20 lat. Nie można jednak zapomnieć o „mniej ambitnych” możliwościach wykorzystania tej technologii. Coraz szerzej stosuje się ją do drukowania spersonalizowanych implantów, np. elementów czaszki.

W ciągu 2013 roku dokonano wielu ważnych odkryć związanych z wykorzystaniem druku 3D w medycynie i naukach pokrewnych. Można zaobserwować, jak na przestrzeni jednego roku, z miesiąca na miesiąc technologia ta rozwija się i staje nadzieją na ratowanie zdrowia ludzkiego.

Styczeń

Rok rozpoczął się od podpisania umowy o współpracy między ogromną firmą Organovo zajmującą się tworzeniem tkanek przy użyciu technologii drukowania 3D a Knight Cancer Institute należącym do Oregon Health & Science University dotyczącej badań nad zjawiskiem nowotworzenia. Modele zwierzęce i linie komórkowe stosowane do tej pory w próbach skuteczności nowo opracowanych środków przeciwnowotworowych mają pewne ograniczenia. Przede wszystkim, zwierzęta nie reprezentują dokładnie ludzkiej fizjologii, zaś linie komórkowe nie dają informacji o tym, jak komórki zachowują się w strukturach trójwymiarowych. Rozwiązaniem tych problemów może być wydrukowanie trójwymiarowych struktur nowotworów oraz przerzutów przy użyciu technologii opracowanej przez Organovo.

Luty

Naukowcy z Cornell University stworzyli implant ucha przy pomocy techniki drukowania 3D. 20 lutego w PLoS ONE przedstawili oni swoje osiągnięcia dotyczące drukowania żyjących implantów ucha. Badacze twierdzą, że stworzenie organów zbudowanych z chrząstki jest łatwiejsze od drukowania innego typu organów, ponieważ nie trzeba brać pod uwagę systemu krwionośnego. Po stworzeniu trójwymiarowego modelu ucha przy pomocy programu komputerowego tworzy się formę z plastiku, następnie wstrzykuje się do niego żel kolagenowy pochodzący z ogona szczura oraz komórki chrząstki, które z kolei pochodzą od krowy. Formę usuwa się po zgęstnieniu żelu, aby następnie przenieść żelowe ucho na pożywkę, gdzie komórki chrząstki mogą się rozwijać. Taki proces otrzymania pełnego implantu trwa kilka dni. Pozytywnie przeszedł on próby na szczurach.

Badacze z Heriot Watt University we współpracy z naukowcami z firmy Roslin Cellab opracowali sposób na drukowanie równowymiarowych kropelek, w których zanurzone są komórki macierzyste. Co ważne, nie utraciły one swoich zdolności do przekształcania się w dowolne komórki tworzące później tkanki. Badacze wykorzystali metodę, dzięki której możliwe jest ścisłe kontrolowanie ilości stosowanych komórek, dzięki temu, iż można regulować średnicę dyszy oraz ciśnienie maszyny drukującej bez jednoczesnego uszkadzania komórek.

Marzec

Firma Stratasys wprowadziła drukarki Objet30 OrthoDesk 3D, które umożliwiają drukowanie implantów ortodontycznych idealnie dopasowanych do potrzeb pacjenta. Do tej pory takie zabiegi mogły być wykonywane w dużych klinikach, lecz dostępność do tych maszyn będzie pozwalała na przeprowadzanie takich wydruków również w małych laboratoriach i klinikach.

Kwiecień

Naukowcy z Oxfordu stworzyli materiał przypominający tkankę. Powstał on z warstw kropel wodnych otoczonych warstwą lipidową. Struktura tych kropel jest konstruowana przy pomocy mikromanipulatora. Badacze stwierdzili, że wytrzymałość tak otrzymanego materiału jest podobna do tkanki tłuszczowej czy tkanek występujących w mózgu. Naukowcy stwierdzili także, że przewodzi on sygnał elektryczny.

Maj

Holenderscy badacze zdobyli Phillips Innovation Award za swoją technologię nazwaną SkinPrint, która daje nadzieje dla osób z poparzeniami skóry. Technologia ta polega na pobieraniu próbki włosa od pacjenta, która to potem zostaje przekształcona w komórki macierzyste, a następnie są one używane do wydruku skóry, która może zostać wykorzystana do przeszczepu. Jeśli tylko pomysł zostanie zaakceptowany przez Europejską Agencję Leków, naukowcy przewidują, iż ich technologia powinna trafić do szpitali w ciągu 5 lat.

Czerwiec

Naukowcy z MIT stworzyli syntetyczny materiał kostny składający się z dwóch różnych polimerów. W trakcie swoich badań wydrukowali przy pomocy drukarek 3D kilka różnych materiałów, które swoimi właściwościami odpowiadały zarówno naturalnym jak i stworzonym przez człowieka preparatom. Otrzymano w ten sposób materiał posiadający właściwości kalcytu, kolejny przypominający masę perłową oraz kompozyt, którego stworzenie miało na celu ulepszenie struktury ludzkiej kości. W wyniku wielu testów stwierdzono, że otrzymany przez naukowców materiłą jest niezwykle odporny na uszkodzenia.

Lipiec

W pierwszym tygodniu lipca odbyło się Summer Science Exhibition w Londynie. Jest to coroczne wydarzenie, podczas którego są prezentowane najbardziej nowatorskie osiągnięcia brytyjskiej nauki i technologii. Szansę na przedstawienie swoich badań mieli badacze z University of Nottingham.
W przypadku, jeśli człowiek posiada na przykład wadę szczęki, można zrobić jej zdjęcie, a następnie dzięki komputerowej precyzji stworzyć idealnie dopasowany implant. Takie implanty powstają poprzez wytworzenie szkieletu brakującej kości, który opłaszcza się następnie ludzkimi komórkami macierzystymi posiadającymi zdolność do przekształcania się w dowolne tkanki. „Tuszem” używanym w takiej drukarce jest kwas mlekowy oraz alginian. Naukowcy twierdzą, iż szkielet tak stworzonego implanta po umiejscowieniu w ciele pacjenta ulegnie degradacji, a nowa kość powstanie w przeciągu trzech miesięcy.

Sierpień

XU Ming-En oraz jego zespół badaczy z Hangzhou Dianzi University stworzyli pierwszą w Chinach drukarkę 3D zdolną do drukowania narządów, której nadali nazwę „Regenovo”. Drukarka ta nawarstwia biologiczny materiał i do tej pory przetestowano jej zdolność do stworzenia jednostek wątrobowych, jak również chrząstki ucha. Drukowanie może zachodzić w warunkach aseptycznych, a także uszkodzenie komórek w trakcie tego procesu jest bardzo małe. Naukowcy twierdzą, że tak powstałe narządy, których będzie można używać w transplantologii to kwestia kolejnych 20 lat badań.

Wrzesień

W szpitalu uniwersyteckim Xi'an Jiaotong zaczęto stosować drukowane przy pomocy techniki 3D implanty czaszki. Utworzone zostały z biokompatybilnego termoplastycznego PEKK (polyetherketoneketone) po uprzednim wykonaniu tomografii głowy pacjenta. Przewagą tego typu implantów nad implantami tytanowymi jest fakt, iż nie ulegają one korozji.

Październik

Badania prowadzone przez naukowców z Uniwersytetu w Północnej Karolinie dają szansę na wykorzystanie witaminy B2 w drukowaniu metodą 3D implantów różnego rodzaju. Wykorzystują w tym celu techniki polimeryzacji fotonowej, która pozwala zamienić ciecz w ciało stałe dzięki zastosowaniu fotoinicjatorów. Problem polega na tym, że większość stosowanych fotoinicjatorów wykazuje toksyczność względem organizmu ludzkiego, zatem wyklucza to ich stosowanie w przypadku implantów medycznych. Cechą, która wyróżnia ryboflawinę jest jej nietoksyczność, zatem udoskonalenie metody tworzenia implantów z jej udziałem może mieć duży wpływ na dalszy rozwój medycyny.

Firma Organovo stworzyła wątrobę wydrukowaną metodą 3D i zgodnie z informacjami przekazanymi przez firmę dla portalu biotechnologia.pl ma ona zostać wprowadzona na rynek już w roku 2014. Miałaby ona zastosowanie w laboratoriach farmaceutycznych, gdzie prowadzi się badania nad toksyczności opracowywanych leków. Jest to alternatywa dla testów na zwierzętach czy hodowlach komórkowych. Stosowanie takiej wydrukowanej wątroby ma dość dużą przewagę nad hodowlami komórkowymi ze względu na fakt, iż zachowuje ona swoje funkcje przez okres 40 dni, zaś hodowle jedynie przez 48 godzin. Ponadto, naukowcy udowodnili także, że wykazuje ona odpowiedź zależną od dawki stosowanego związku.

Listopad

Stuart Williams z Cardiovascular Innovation Institute w Louisville wraz ze swoim zespołem rozpoczyna prace mające na celu stworzenie następnej generacji niestandardowych drukarek 3D, które będą dostosowane do wydrukowania całego serca, wraz ze wszystkimi jego częściami – mięśniami, naczyniami krwionośnymi oraz zastawkami. Do tej pory naukowcom udało już się stworzyć część serca i naczyń krwionośnych oraz wszczepić je do organizmu myszy. Jednak głównym celem jest wydobycie z organizmu pacjenta komórek tłuszczowych za pomocą liposukcji, wyizolowaniu ich, a następnie wydrukowaniu przy ich pomocy funkcjonalnego serca.

Twórcy wydrukowanego ucha z Cornell University otrzymali pierwszą nagrodę w odbywającym się 15 listopada w Nowym Jorku World Technology Summit.

Grudzień

Trudność operacji wykonywanych w obszarze mózgu człowieka skłoniło badaczy z University of Malaya w Kuala Lumpur do wydrukowania z wykorzystaniem technologii 3D ludzkich czaszek. Będą one pomocne w szkoleniu przyszłych chirurgów. Skanując wszystkie jej warstwy, naukowcy wydrukowali model zarówno czaszki jak i mózgu odtwarzające wszystkie kolory i tekstury z jakimi może spotkać się lekarz wykonujący operację. W odróżnieniu od innych powstałych do tej pory modeli, ten składa się z różnych materiałów dzięki czemu jeszcze lepiej może przygotować do wykonywania operacji.

Możliwość wydrukowania narządów z wykorzystaniem drukarek 3D byłoby niesamowitym przełomem w medycynie, ponieważ mogłoby ograniczyć problem ich braku do transplantacji umierającym pacjentom. Jest to jednak póki co odległa przyszłość, chociaż rok 2013 przyniósł wiele niespodzianek w tej kwestii. Przed nami kolejny rok, który może okazać się jeszcze bardziej przełomowy.