3D printanje nekima zvuči pomalo nedokučivo, pogotovo kada se na nj primijeni biomedicinski inženjering. Generalno, 3D printanje uključuje preuzimanje digitalnog modela ili shematskog nacrta koji se kreira u softveru, a potom se taj model ili nacrt printa u uzastopnim slojevima materijala poput stakla, metala, plastike i keramike, te se slaže sloj po sloj. Brojni veliki proizvođači koriste ih u proizvodnji dijelova za avione ili električkih uređaja.
Neke od najnevjerojatnijih uporaba tehnologije razvijaju se unutar polja medicine. Neki od sljedećih načina na koje se ova futuristička tehnologija razvija za medicinsku uporabu zvučat će zaista kao da su dio znanstvenofantastičnog romana, ali činjenica je da 3D printanje zauzima sve više prostora u stvarnosti.
Bioprinting se temelji na bio-tinti, koja se sastoji od živih staničnih struktura. Kada se unese određeni digitalni model, tiskano je specifično živo tkivo i gradi se sloj po sloj stanica. Istraživanja bioprintinga razvija mogućnosti tiskanja raznih tipova tkiva, a 3D printanje s bio-tintom koristi se u razvoju naprednih medicinskih uređaja i alata.
1. Organi
Dok čekamo razvoj mogućnosti da se čitav jedan organ isprinta za praktičnu kiruršku uporabu, znanstvenici i istraživači uspješno su otiskali stanice bubrega, slojeve srčanog tkiva koji kucaju poput stvarnog živog srca, osnovicu ljudske jezgre, i brojna druga tkiva organa. Iako bi printanje čitavog ljudskog organa za transplantaciju moglo biti makar 10 godina daleko, medicina je na dobrom putu da taj scenarij učini dijelom stvarnog života.
2. Matične stanice
Matične stanice poznate su po svojim regenerativnim svojstvima – mogu reproducirati brojne vrste ljudskog tkiva. Sada, matične stanice se bioprintaju u nekoliko sveučilišnih istraživačkih laboratorija, poput laboratorija Heriot-Watt na Sveučilištu u Edinburghu. Tiskanje matičnih stanica preteča je tiskanja drugih vrsta tkiva, i moglo bi na kraju dovesti do ispisa stanica izravno u dijelove tijela.
3. Koža
Zamislite koristi koje bi printanje kože moglo imati za žrtve s opeklinama, pacijente s rakom kože i brojne druge vrste tekoba i bolesti koje zahvaćaju epidermu. Medicinski inženjeri u Njemačkoj razvijaju bioprinting stanica kože od 2010. godine, a istraživač James Yoo s Instituta Wake Forest razvija printanje dijelova kože – transplantanata – koji se mogu direktno primijeniti na žrtve opeklina.
4. Kost i hrskavica
Hod Lipson, inženjer s Cornella, razvio je prototip za bioprinting tkiva hrskavice unutar nekoliko zadnjih godina. Lipsona tek čeka zadatak bioprintanja meniskusa – dijela zgloba koljena – koji može podnijeti takav pritisak i udarce kao onaj pravi, organski. No, on i drugi inženjeri na dobrom su putu ka razumijevanju primjene ovih svojstava na tiskano tkivo. Osim toga, isti tim znanstvenika iz Njemačke koji je tiskao matične stanice, također radi na istim rezultatima za bioprinting kosti i drugih dijelova skeletnog sustava.
5. Kirurški alati
Prije samo šest mjeseci, studenti bioinženjeringa sa Sveučilišta British Columbia osvojili su prestižnu nagradu za inženjering i 3D printanje novog i iznimno učinkovitog tipa kirurškog evakuatora dima. Drugi 3D printani kirurški alati uključuju pincete, hemostate, ručke skalpela i stezaljke – i najbolje od svega, oni izlaze iz pisača potpuno sterilni i koštaju desetinu svog ekvivalenta od nehrđajućeg čelika.
6. Istraživanja raka
Na isti način na koji se tiskaju i proučavaju tkiva i vrste organskih stanica, također se bioprintaju zaražene stanice i stanice raka, kako bi se s više učinkovitosti i sustavnije proučavalo kako tumori rastu i razvijaju se. Takav medicinski inženjering mogao bi omogućiti bolje testiranje lijekova, analizu stanica raka i razvoj terapije. S razvojem u 3D-u i bioprintingu, postoji mogućnost da se i za naših života otkrije lijek za rak.
7. Srce i krvne žile
Drugi njemački institut stvorio je krvne žile koristeći se umjetnim biološkim stanicama, 3D printanjem i bio-tintom, te laserom pri oblikovanju. Slično, istraživači sa Sveučilišta Rostock u Njemačkoj, Medicinskog instituta na Hardvardu i Sveučilišta u Sidneyju razvijaju metode popravljanja srca, ili tipove srčanih zakrpi, izrađene pomoću 3D tiskanih stanica.
Zakrpe od ljudskih srčanih stanica uspješno su testirane na štakorima, a uključen je i razvoj umjetnih srčanih tkiva koja uspješno oponašaju mehanička i biološka svojstva pravog ljudskog srca.
Brojna su i druga dostignuća u 3D tehnici i bioprintingu, a jedna od najvećih prepreka je pronalaženje softvera koji je dovoljno napredan ili sofisticiran da zadovolji izazov stvaranja nacrta. Izrada nacrta pepeljare, i naknadna izrada 3D printanjem u osnovici je jednostavan i brz proces, ali u ovom trenutku ne postoji ekvivalent za razvoj digitalnih modela jetre ili srca.
Međutim, s brzim razvojem i napredovanjem koje su znanstvenici i biomedicinski inženjeri postigli unazad nekoliko godina, ova bi prepreka uskoro mogla biti jedna od mnogih koje se nadilaze na putu do uspješnog kompleksnog bioprintinga.
