นักวิทยาศาสตร์สามารถใช้เครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ทเพื่อสร้างกระดูกได้อย่างไร

ด้วยการแพร่กระจายของอุปกรณ์ระเบิดชั่วคราว (IED) ซึ่งใช้โดยกลุ่มกบฏในอิรักและอัฟกานิสถาน ทหารจำนวนมากกำลังกลับบ้านด้วยอาการบาดเจ็บสาหัส ความก้าวหน้าทางการแพทย์ในสนามรบยังหมายความว่าทหารที่อาจเสียชีวิตในการสู้รบในยุคอื่นจะมีชีวิตอยู่ แพทย์กำลังเปลี่ยนไปใช้เทคนิคและอุปกรณ์ทางการแพทย์ยุคใหม่ รวมถึงอวัยวะเทียมขั้นสูง เพื่อช่วยให้ทหารพักฟื้นและรักษาความคล่องตัว ส่วนสำคัญของวิทยาศาสตร์นี้คือ การปลูกถ่ายกระดูกโดยใช้กระดูกจากแหล่งอื่นเพื่ออุดช่องว่างที่กระดูกได้รับความเสียหาย ถูกทำลาย หรือถอดออก

บางครั้งการปลูกถ่ายกระดูกอาจหมายถึงความแตกต่างระหว่างการตัดแขนขาและการออมแขนขา การปลูกถ่ายกระดูกไม่ได้มีไว้สำหรับการบาดเจ็บในสนามรบเท่านั้น แต่ยังเป็นขั้นตอนที่สำคัญอย่างยิ่งที่ใช้ในการรักษาสภาพและการบาดเจ็บหลายอย่าง รวมถึงอุบัติเหตุร้ายแรง กระดูกหัก ความผิดปกติแต่กำเนิด ความผิดปกติของกระดูกเสื่อม การสูญเสียกระดูกเนื่องจากการกำจัดเนื้องอกหรือทันตกรรมเข้มข้น การผ่าตัด.

ในปัจจุบัน การปลูกถ่ายกระดูกสามารถทำได้โดยใช้กระดูกชิ้นเล็กๆ ไม่ว่าจะจากส่วนอื่นของร่างกายผู้ป่วยหรือจากซากศพ หรือด้วยวัสดุเสริมที่เป็นโลหะ อย่างไรก็ตาม มีข้อเสียสำหรับแต่ละวิธีเหล่านี้ การนำกระดูกออกจากส่วนอื่นของร่างกายผู้ป่วยจำเป็นต้องมีแผลเพิ่มเติม ซึ่งหมายถึงความเจ็บปวดและเวลาพักฟื้นที่เพิ่มขึ้น นอกจากนี้ยังนำเสนอโอกาสสำหรับภาวะแทรกซ้อนเช่นการติดเชื้อหรือความอ่อนแอของกระดูก โดยทั่วไปกระดูกจากซากศพถือว่ามีประสิทธิภาพน้อยกว่าเพราะไม่พัฒนาเช่นเดียวกับกระดูกตามธรรมชาติ และต้องเปลี่ยนส่วนแทรกที่เป็นโลหะเมื่อเวลาผ่านไป

ใส่กระดูกเทียมแนวคิดที่มีศักยภาพมหาศาล แต่เพิ่งเต็มไปด้วยความยากลำบาก กระดูกที่ทำจากวัสดุชีวภาพมักจะเปราะบางเกินกว่าจะรับน้ำหนักได้ กระดูกเทียมที่ทำจากเซรามิกมีการใช้งานจำกัด และควรใช้ร่วมกับการปลูกถ่ายกระดูกอยู่ดี แต่วิธีการใหม่ที่แยบยลอาจนำเสนอความเป็นไปได้ใหม่ๆ สำหรับการปลูกถ่ายกระดูกและกระดูกเทียม และน่าแปลกใจที่วิธีนี้ใช้ประโยชน์จากสิ่งที่หลายคนมีในบ้าน: เครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ท

แน่นอนว่านี่ไม่ใช่เครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ตทั่วไป แต่มีการปรับเปลี่ยนอย่างมากและมีขนาดใหญ่ขึ้นเล็กน้อย แต่เทคโนโลยีนี้ค่อนข้างคล้ายกับเครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ททั่วไป และกระบวนการนี้อาจปฏิวัติการผ่าตัดปลูกถ่ายกระดูกได้ นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัย McGill ในเมืองมอนทรีออล ประเทศแคนาดา กำลังใช้เครื่องพิมพ์ของพวกเขาเพื่อสร้างแบบจำลองที่สมบูรณ์แบบของกระดูกที่เสียหายโดยการ "พิมพ์" กระดูกใหม่ทีละชั้น

ดูหน้าถัดไปเพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการสร้างกระดูก

ศาสตราจารย์ Jake Barralet จากมหาวิทยาลัย McGill อธิบายถึงกระบวนการของ "Daily Mail" ว่า "กระดาษในเครื่องพิมพ์ของเราเป็นเตียงบางๆ ของผงคล้ายซีเมนต์ อิงค์เจ็ทพ่นซีเมนต์ด้วยกรดซึ่งทำปฏิกิริยากับมันและกลายเป็นของแข็ง ว่ากันด้วยชั้นเดียว แล้วพ่นแป้งสดเป็นชั้นๆ ใหม่ แล้วชั้นสร้างเป็นรูปทรงที่เราต้องการ” [ เดลี่เมล์ ]

กระบวนการทั้งหมดใช้เวลาเพียง 10 นาทีในการพิมพ์กราฟต์ส่วนใหญ่ สิ่งที่ทำให้วิธีนี้แตกต่างจากการปลูกถ่ายอวัยวะและเม็ดมีดเทียมประเภทอื่นๆ ก็คือ สารประกอบในเครื่องพิมพ์มีโครงสร้างแบบเดียวกับที่พบในกระดูกมนุษย์ กราฟต์ยังสามารถละลายเข้าสู่ร่างกายมนุษย์ได้ในที่สุด ทำให้กระดูกธรรมชาติเข้ามาแทนที่

การออกแบบที่ซับซ้อนของเครื่องพิมพ์หมายความว่าสามารถทิ้ง "รู" ที่แม่นยำไว้ในการปลูกถ่ายเพื่อกระตุ้นให้เนื้อเยื่อของร่างกายงอกใหม่และชุบตัวบริเวณนั้น ความสามารถนี้ช่วยให้สามารถปลูกถ่ายอวัยวะเฉพาะสำหรับบริเวณที่บอบบางหรือสำหรับกระดูกที่จะเติบโตในลักษณะเฉพาะที่ส่งผลต่อการซ่อมแซมเนื้อเยื่อ ซึ่งอาจเป็นประโยชน์ในการผ่าตัดสร้างใหม่ซึ่งแพทย์พยายามที่จะให้พื้นที่ทั้งรักษาและรักษาบางส่วน รูปร่าง.

ศาสตราจารย์บาร์ราเลตกล่าวว่าการปลูกถ่ายกระดูกด้วยอิงค์เจ็ตเป็นทางยาวจากการใช้ในโรงพยาบาล แต่โครงการนี้ดูเหมือนจะมีศักยภาพมหาศาล

ทีมงานของศาสตราจารย์ Barralet ไม่ใช่กลุ่มเดียวที่ใช้เทคโนโลยีอิงค์เจ็ทเพื่อพัฒนาเทคนิคการปลูกถ่ายกระดูกแบบใหม่ บริษัท Advance Ceramics Research Inc. ในเมืองทูซอน รัฐแอริโซนา ได้พัฒนาเทคโนโลยีที่เรียกว่า "Plasti-Bone" เช่นเดียวกับกระดูกที่ผลิตด้วยหมึกอิงค์เจ็ต Plasti-Bone มีความแข็งแรงเพียงพอที่จะทำหน้าที่เป็นการต่อกิ่ง แต่มีรูพรุนเพื่อกระตุ้นให้เกิดการสร้างกระดูกขึ้นใหม่และช่วยให้เลือดไหลผ่านกระดูกได้ Plasti-Bone ทำจากพลาสติกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมด้วยการเคลือบเซรามิก และกระดูกธรรมชาติจะเริ่มเกาะติดกับ Plasti-Bone หลังจากผ่านไปประมาณแปดสัปดาห์ กระดูกเทียมจะละลายเข้าสู่ร่างกายในที่สุด

เพื่อสร้าง Plasti-Bones ของพวกเขา ACR ออกแบบพวกมันบนคอมพิวเตอร์แล้วผลิตผ่านการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว การสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วจะสร้างชั้นต่อชั้น คล้ายกับเทคโนโลยีอิงค์เจ็ท และช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถควบคุมระยะเวลาที่กระดูกยังคงอยู่ในร่างกายก่อนที่จะละลายโดยการเปลี่ยนแปลงความพรุนและความหนาของสารเคลือบเซรามิก

เช่นเดียวกับเทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นที่มหาวิทยาลัย McGill Plasti-Bone มีแนวโน้มที่จะถูกนำมาใช้แทนการปลูกถ่ายกระดูกขนาดเล็กตามธรรมชาติ และจะใช้เวลาหลายปีกว่าที่กระดูกทั้งหมดจะถูกแทนที่ด้วยกระบวนการนี้

กระดูกที่ผลิตด้วยอิงค์เจ็ทและการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วเป็นส่วนหนึ่งของความพยายามในวงกว้างในการใช้เทคโนโลยีเหล่านี้เพื่อสร้างรากฟันเทียมที่แม่นยำและออกแบบมาเฉพาะสำหรับใช้ทางการแพทย์ นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ในสหราชอาณาจักรกำลังทำงานเกี่ยวกับเทคนิคการพิมพ์ผิวหนังเทียม ซึ่งสามารถปฏิวัติกระบวนการปลูกถ่ายผิวหนังได้ในทำนองเดียวกัน เทคโนโลยีนั้นอาจพร้อมสำหรับการทดลองทางคลินิกในห้าปี [ Live Science ]

“หมึกชีวภาพ”ยังมีอยู่ในรูปแบบของโปรตีนหรือเซลล์แต่ละเซลล์ที่จัดเรียงในรูปแบบ หมึกเหล่านี้สามารถปรับให้เข้ากับวัตถุประสงค์ที่หลากหลาย ในเดือนธันวาคม 2549 นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Carnegie Mellon ประกาศว่าพวกเขาได้ใช้เครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ทที่ออกแบบเองเพื่อพัฒนาเซลล์กระดูกและกล้ามเนื้อจากสเต็มเซลล์ของหนู [ Technology Review ] เซลล์ต้นกำเนิดทำให้นักวิทยาศาสตร์รู้สึกตื่นเต้นเป็นพิเศษ เพราะพวกเขามีความสามารถในการเติบโตเป็นเซลล์ชนิดใดก็ได้ แม้ว่าจะยังคงเป็นหัวข้อที่ถกเถียงกันอยู่ก็ตาม (หากต้องการเรียนรู้เกี่ยวกับความขัดแย้งรอบ ๆ เซลล์ต้นกำเนิด โปรดอ่านHow Stem Cells Work ) ทีม Carnegie Mellon ใช้ปัจจัยการเจริญเติบโต-- สารละลายที่ควบคุมสเต็มเซลล์ให้เติบโตเป็นเซลล์บางประเภท ร่วมกับสเต็มเซลล์ของหนูที่โตเต็มวัยและวัสดุที่จับกับปัจจัยการเจริญเติบโต จากการวิจัยอย่างต่อเนื่อง การรวมสเต็มเซลล์กับหมึกชีวภาพอาจทำให้นักวิทยาศาสตร์ไม่เพียงแต่สร้างกระดูกธรรมชาติที่ "พิมพ์ออกมา" เท่านั้น แต่ยังรวมถึงเส้นเอ็น เอ็น หลอดเลือด และเนื้อเยื่อที่จำเป็นอื่นๆ ด้วย

เทคโนโลยีอิงค์เจ็ทช่วยปรับปรุงการพิมพ์เอกสารเมื่อนานมาแล้ว แต่ดูเหมือนว่าการปฏิวัติที่แท้จริงอาจอยู่ที่การเปลี่ยนแปลงของยา ทศวรรษต่อจากนี้ เหยื่ออุบัติเหตุทางรถยนต์หรือคุณยายที่เป็นโรคข้อเข่าเสื่อมอาจได้รับกระดูกที่พิมพ์เองตามธรรมชาติ แทนที่จะต้องตัดแขนขา การต่อกิ่งที่เจ็บปวด หรือเม็ดมีดโลหะ อันที่จริง นักวิทยาศาสตร์ใฝ่ฝันว่าวันหนึ่งพวกเขาจะสามารถพิมพ์กระดูก เนื้อเยื่อ หรือแม้แต่อวัยวะทั้งหมดได้ ทำให้สูญเสียแขนขา ความคล่องตัว หรืออวัยวะสำคัญๆ กลายเป็นอดีตไป

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับกระดูกเทียม การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีอิงค์เจ็ทที่หลากหลาย และหัวข้อที่เกี่ยวข้อง โปรดดูที่ลิงค์ต่อไปนี้:

บทความที่เกี่ยวข้อง

ลิงค์ที่ยอดเยี่ยมเพิ่มเติม