Hvad kan en 3D-printer ikke bygge? Antallet af mulige svar på dette spørgsmål er skrumpet eksponentielt i de senere år, da de højteknologiske maskiner fortsætter med at udtømme et solidt objekt efter objekt fra computerdesign.
Alene i de sidste par måneder var der utallige nye produkter og prototyper, der spænder over en række industrier, fra fodboldstænger og -penne til raketdele og kanoner af stål. Sidste måned hjalp teknologien med at erstatte 75 procent af en persons beskadigede kranium, og i denne uge genoprettede den en mands ansigt, efter at han mistede halvdelen af den til kræft for fire år siden.
I dag antyder en ny undersøgelse, at 3D-trykt materiale en dag kunne efterligne opførsel af celler i humant væv. Studerende Gabriel Villar og hans kolleger ved University of Oxford udviklede små faste stoffer, der opfører sig som biologisk væv. Det delikate materiale ligner fysisk hjerne og fedtvæv og har konsistensen af blødt gummi.
For at skabe dette materiale fulgte en specielt designet 3D-udskrivningsmaskine et computerprogrammeret diagram og sprøjt titusinder af individuelle dråber i henhold til et specifikt tredimensionelt netværk. Som det ses i videoen ovenfor, bevægede dens dyser sig i forskellige vinkler for at bestemme placeringen af hver lille perle. Hver dråbe vejer ca. en picoliter - det er én billion liter - en enhed, der bruges til at måle størrelsen på dråber af inkjetprintere, hvis dyseteknologi fungerer på samme måde til at konsolidere små punkter med væske til komplette billeder og ord på papir.
Dråberne med væske indeholdt biokemikalier, der findes i vævsceller. Overtrukket i lipider — fedt og olier— de små vandige rum sidder sammen og danner en sammenhængende og selvbærende form, idet hver perle er opdelt med en tynd, enkelt membran svarende til de lipid-dobbeltlag, der beskytter vores celler.
Flere 3D-trykte dråbe-netværk. Billede med tilladelse fra Gabriel Villar, Alexander D. Graham og Hagan Bayley (University of Oxford)
De former, som de trykte dråber dannede, forblev stabile i flere uger. Hvis forskerne rystede lidt på materialet, kunne dråber fortrænge, men kun midlertidigt. Det konstruerede væv sprang hurtigt tilbage til sin oprindelige form, et niveau af elasticitet, som forskerne siger, kan sammenlignes med blødt vævsceller hos mennesker. Det komplicerede gitterværk fra et netværks lipid-dobbeltlag syntes at holde ”cellerne” sammen.
I nogle af dråbe-netværk indbyggede 3D-printeren porer i lipidmembranen. Hullerne efterlignede proteinkanaler inde i barriererne, der beskytter reelle celler, hvilket filtrerer molekyler, der er vigtige for cellefunktion ind og ud. Forskerne sprøjtede ind i porerne en type molekyle, der er vigtig for celle-til-celle-kommunikation, en der leverer signaler til adskillige celler, så de fungerer sammen som en gruppe. Mens det 3D-trykte materiale ikke nøjagtigt kunne gentage, hvordan celler formerer signaler, siger forskere, at molekylets bevægelse gennem definerede veje lignede den elektriske kommunikation af neuroner i hjernevæv
Vand gennemtrængte let netværkets membraner, selv når porer ikke blev indbygget i dets struktur. Dråberne kvældede og krympet ved osmoseprocessen og forsøgte at etablere ligevægt mellem mængden af vand, de indeholdt, og mængden, der omgiver dem udefra. Bevægelsen af vand var tilstrækkelig til at løfte dråberne mod tyngdekraften, trække og folde dem, efterligne muskellignende aktivitet i menneskeligt væv.
Forskerne håber, at disse dråbe-netværk kunne programmeres til at frigive lægemidler efter et fysiologisk signal. Trykte celler kan en dag også integreres i beskadiget eller svigtende væv, hvilket giver ekstra stillads eller endda udskiftning af fungerende celler, måske endda erstatte nogle af de 1, 5 millioner vævstransplantationer, der finder sted i USA hvert år. Potentialet ser ud til at være størst for hjernevævstransplantationer, da medicinske ingeniører i øjeblikket prøver at dyrke hjerneceller i laboratoriet for at behandle progressive sygdomme som Huntingtons sygdom, der langsomt ødelægger nerveceller.
Uanset om det er voksende menneskeligt væv eller hele ører, 3D-udskrivningsteknologi er i fuld gang inden for medicinområdet, og utallige forskere vil uden tvivl hoppe på båndvognen i de kommende år.
