Hva kan ikke en 3D-skriver bygge? Antall mulige svar på dette spørsmålet har krympet eksponentielt de siste årene, ettersom de høyteknologiske maskinene fortsetter å kvise ut solid gjenstand etter gjenstand fra datamaskinkonstruksjon.
De siste månedene alene så det utallige nye produkter og prototyper som spenner over en rekke bransjer, fra fotballklyper og penner til stålrakettdeler og pistoler. Forrige måned hjalp teknologien med å erstatte 75 prosent av en persons skadede hodeskalle, og denne uken gjenopprettet den en manns ansikt etter at han mistet halvparten av den til kreft for fire år siden.
I dag antyder en ny studie 3D-trykt materiale en dag kan etterligne atferden til celler i menneskelig vev. Graduate student Gabriel Villar og hans kolleger ved University of Oxford utviklet bittesmå faste stoffer som oppfører seg som biologisk vev ville gjort. Det delikate materialet ligner fysisk på hjerne og fettvev, og har konsistensen av myk gummi.
For å lage dette materialet fulgte en spesialdesignet 3D-utskriftsmaskin et dataprogrammert diagram og kastet ut titusenvis av individuelle dråper i henhold til et spesifisert tredimensjonalt nettverk. Som det er vist i videoen over, beveget dysene seg i forskjellige vinkler for å etablere posisjonen til hver lille perle. Hver dråpe veier inn omtrent én pikoliter - det er en billion liter - en enhet som brukes til å måle størrelsen på dråper blekkskrivere, hvis dyseteknologi fungerer omtrent på samme måte for å konsolidere ørsmå punkter med væske til komplette bilder og ord på papir.
Dråpene med væske inneholdt biokjemikalier som finnes i vevsceller. Belagt i lipider - fett og oljer - de bittesmå vandige kamrene festet seg sammen og danner en sammenhengende og selvbærende form, med hver perle delt opp av en tynn, enkel membran som ligner på lipid-dobbeltlaget som beskytter cellene våre.
Flere 3D-trykte dråpenettverk. Bilde takket være Gabriel Villar, Alexander D. Graham og Hagan Bayley (University of Oxford)
Formene som de trykte dråpene dannet forble stabile i flere uker. Hvis forskere ristet litt på materialet, kunne dråper bli fortrengt, men bare midlertidig. Det konstruerte vevet spratt raskt tilbake til sin opprinnelige form, et nivå av elastisitet forskerne sier er sammenlignbart med bløtvevceller hos mennesker. Det intrikate gitterverket til et nettverks lipid-dobbeltlag så ut til å holde “cellene” sammen.
I noen av dråpe-nettverkene bygde 3D-skriveren porene inn i lipidmembranen. Hullene etterlignet proteinkanaler inne i sperrene som beskytter virkelige celler, og filtrerer molekyler som er viktige for cellefunksjon inn og ut. Forskerne sprøytet inn porene en type molekyl som er viktig for celle-til-celle-kommunikasjon, en som gir signaler til flere celler slik at de fungerer sammen som en gruppe. Mens det 3D-trykte materialet ikke nøyaktig kunne gjenskape hvordan celler forplanter signaler, sier forskere at bevegelsen av molekylet gjennom definerte veier lignet den elektriske kommunikasjonen av nevroner i hjernevev
Vann gjennomsyret lett nettverkets membraner, selv når porene ikke var innebygd i strukturen. Dråpene svulmet og krympet ved prosessen med osmose, og prøvde å etablere likevekt mellom mengden vann de inneholdt og mengden som omgir dem på utsiden. Bevegelsen av vann var nok til å løfte dråpene mot tyngdekraften, trekke og brette dem, og etterligne muskellignende aktivitet i menneskelig vev.
Forskerne håper at disse dråpenettverkene kan programmeres til å frigjøre medisiner etter et fysiologisk signal. Trykte celler kan en dag også integreres i skadet eller sviktende vev, gi ekstra stillas eller til og med erstatte funksjonsfrie celler, kanskje til og med erstatte noen av de 1, 5 millioner vevstransplantasjonene som finner sted i USA hvert år. Potensialet virker størst for hjernevevstransplantasjoner, ettersom medisinske ingeniører for tiden prøver å dyrke hjerneceller på laboratoriet for å behandle progressive sykdommer som Huntingtons sykdom, som sakte ødelegger nerveceller.
Enten det er voksende menneskelig vev eller hele ører, 3D-trykkteknologi er i full gang innen medisinfeltet, og utallige forskere vil uten tvil hoppe på båndturen de kommende årene.
