Was kann ein 3D-Drucker nicht bauen? Die Anzahl der möglichen Antworten auf diese Frage ist in den letzten Jahren exponentiell geschrumpft, da die High-Tech-Maschinen weiterhin feste Objekte nacheinander aus Computerentwürfen produzieren.
Allein in den letzten Monaten gab es unzählige neue Produkte und Prototypen, die eine Vielzahl von Branchen abdecken, von Fußballklampen und Kugelschreibern bis hin zu Raketenteilen und Kanonen aus Stahl. Letzten Monat hat die Technologie dazu beigetragen, 75 Prozent des Schädels einer Person zu ersetzen, und diese Woche hat sie das Gesicht eines Mannes wiederhergestellt, nachdem er vor vier Jahren die Hälfte an Krebs verloren hatte.
Heute geht eine neue Studie davon aus, dass 3D-gedrucktes Material eines Tages das Verhalten von Zellen in menschlichem Gewebe nachahmen könnte. Der Doktorand Gabriel Villar und seine Kollegen an der Universität Oxford entwickelten winzige Feststoffe, die sich wie biologisches Gewebe verhalten würden. Das empfindliche Material ähnelt physisch Gehirn und Fettgewebe und hat die Konsistenz von weichem Gummi.
Um dieses Material herzustellen, folgte eine speziell entwickelte 3D-Druckmaschine einem computerprogrammierten Diagramm und stieß Zehntausende einzelner Tröpfchen gemäß einem bestimmten dreidimensionalen Netzwerk aus. Wie im obigen Video zu sehen, bewegten sich die Düsen in verschiedenen Winkeln, um die Position der einzelnen winzigen Kügelchen zu bestimmen. Jedes Tröpfchen wiegt ungefähr Ein Pikoliter - das ist ein Billionstel Liter - ist eine Einheit, mit der die Tröpfchengröße von Tintenstrahldruckern gemessen wird. Die Düsentechnologie verdichtet auf ähnliche Weise winzige Flüssigkeitspunkte zu vollständigen Bildern und Wörtern auf Papier.
Die Flüssigkeitströpfchen enthielten Biochemikalien, die sich in Gewebezellen befanden. Mit Lipiden - Fetten und Ölen - überzogen Die winzigen wässrigen Kompartimente hielten zusammen und bildeten eine zusammenhängende und selbsttragende Form, wobei jedes Kügelchen durch eine dünne, einzelne Membran getrennt war, ähnlich den Lipiddoppelschichten, die unsere Zellen schützen.
Mehrere 3D-gedruckte Tropfennetzwerke. Mit freundlicher Genehmigung von Gabriel Villar, Alexander D. Graham und Hagan Bayley (Universität Oxford)
Die Formen, die die gedruckten Tröpfchen bildeten, blieben mehrere Wochen stabil. Wenn die Forscher das Material leicht schütteln, können sich Tröpfchen verschieben, jedoch nur vorübergehend. Das künstlich hergestellte Gewebe kehrte schnell in seine ursprüngliche Form zurück. Eine Elastizität, die den Forschern zufolge mit Weichteilzellen beim Menschen vergleichbar ist. Das komplizierte Gitterwerk der Lipiddoppelschichten eines Netzwerks schien die „Zellen“ zusammenzuhalten.
In einigen Tröpfchennetzen hat der 3D-Drucker Poren in die Lipidmembran eingebaut. Die Löcher ahmten Proteinkanäle in den Barrieren nach, die reale Zellen schützen, und filtern Moleküle, die für die Zellfunktion wichtig sind, nach innen und außen. Die Forscher injizierten in die Poren eine Art Molekül, das für die Kommunikation von Zelle zu Zelle wichtig ist und das zahlreiche Zellen mit Signalen versorgt, damit sie funktionieren zusammen als Gruppe. Während das 3D-gedruckte Material nicht exakt reproduzieren konnte, wie Zellen Signale verbreiten, glichen die Bewegungen des Moleküls über definierte Pfade der elektrischen Kommunikation von Neuronen im Gehirngewebe
Wasser drang leicht in die Membranen des Netzwerks ein, auch wenn keine Poren in seine Struktur eingebaut waren. Die Tröpfchen quollen und schrumpften durch den Prozess der Osmose und versuchten, ein Gleichgewicht zwischen der Menge an Wasser, die sie enthielten, und der Menge, die sie außen umgab, herzustellen. Die Bewegung des Wassers reichte aus, um die Tröpfchen gegen die Schwerkraft anzuheben, zu ziehen und zu falten und muskelähnliche Aktivitäten im menschlichen Gewebe nachzuahmen.
Die Forscher hoffen, dass diese Tröpfchennetzwerke so programmiert werden können, dass sie Medikamente nach einem physiologischen Signal freisetzen. Gedruckte Zellen könnten eines Tages auch in beschädigtes oder fehlerhaftes Gewebe integriert werden, um zusätzliche Gerüste zu schaffen oder sogar fehlerhafte Zellen zu ersetzen. Vielleicht ersetzt es sogar einige der 1, 5 Millionen Gewebetransplantationen, die jedes Jahr in den Vereinigten Staaten stattfinden. Das Potenzial für Hirngewebetransplantationen scheint am größten zu sein, da Mediziningenieure derzeit versuchen, Gehirnzellen im Labor zu züchten, um fortschreitende Krankheiten wie die Huntington-Krankheit zu behandeln, die langsam Nervenzellen zerstört.
Egal, ob menschliches Gewebe oder ganze Ohren wachsen, die 3D-Drucktechnologie ist in der Medizin in vollem Gange und unzählige Forscher werden in den kommenden Jahren zweifellos auf den Plan treten.
