สุดยอดนักวิจัย ดัดแปลงเครื่องพิมพ์ในท้องตลาดเพื่อพิมพ์เนื้อเยื่อหัวใจ และเส้นเลือดใหญ่ของหัวใจ

 

 

cmu-researchers-modded-makerbot-3d-printer-bioprint-collagens-alginates-fibrins-4

งานวิจัยด้านวิทยาศาสตร์การแพทย์ที่เกี่ยวกับการพิมพ์สามมิติชิ้นส่วนของร่างกายมนุษย์เป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้น และเป็นการปฏิวัติวิทยาศาสตร์อย่างมากในปัจจุบัน อย่างไรก็ตามการพัฒนาเทคนิคการพิมพ์สามมิติด้วยวัสดุชีวภาพที่ทำอยู่อย่างกว้างขวางทั่วทุกมุมโลกต้องสร้างความมั่นใจให้นักวิทยาศาสตร์กับหัวใจที่สร้างจากงานพิมพ์สามมิติ ที่มีชีวิต และกำลังเต้นตุบๆ อยู่ในมือของเขา

เมื่อสัปดาห์ที่ผ่านมา นักวิจัยจาก Carnegie Mellon University ได้ก้าวไปอีกขั้นในการพัฒนาเทคนิคการพิมพ์สามมิติชีวภาพเพื่อช่วยชีวิต แม้ว่าจะยังอยู่ห่างไกลจากจุดหมายปลายทางอีกมาก แต่พวกเขาก็สามารถพิมพ์แบบจำลองของเส้นเลือดแดงใหญ่ที่หัวใจ และเนื้อเยื่ออ่อนของกล้ามเนื้อหัวใจ จากวัสดุที่อ่อนนุ่มได้ โดยดัดแปลงเครื่องพิมพ์ทั่วๆ ไปด้วยวิธีการพิเศษcmu-researchers-modded-makerbot-3d-printer-bioprint-collagens-alginates-fibrins-1
“เรานำภาพเส้นเลือดแดงใหญ่ และเนื้อเยื่อที่สแกนจากเครื่อง MRI ไปพิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์สามมิติได้โดยมีความละเอียด และคุณภาพสูงด้วยวัสดุที่มีความอ่อนนุ่มมากเช่น collagens, alginates และ fibrins (มีลักษณะเหมือนวุ้นหรือเจล)” คุณ Adam Feinberg ผู่ช่วยศาสตราจารย์ฝ่ายวัสดุศาสตร์ วิศวกรรม และวิศวกรรมทางการแพทย์ได้ให้ความเห็นไว้cmu-researchers-modded-makerbot-3d-printer-bioprint-collagens-alginates-fibrins-3
ปัญหาใหญ่เรื่องหนึ่งของการพิมพ์สามมิติชีวภาพคือความไม่คงรูปของวัสดุที่ใช้พิมพ์ ต่างจากการพิมพ์ด้วยพลาสติก ที่สามารถทำได้ง่ายโดยการพิมพ์ซ้อนกันแต่ละชั้น ชั้นที่พิมพ์ไปก่อนจะแข็งตัว รองรับการพิมพ์ชั้นต่อไปได้เรื่อยๆ แต่การพิมพ์ด้วยวัสดุอ่อนนุ่มจะเสี่ยงกับการที่จะเสียรูปทรงอย่างมาก “ลองคิดถึงเยลลี่ที่เรากินกัน แค่จะรับน้ำหนักตัวมันเองก็แทบจะไม่ได้แล้ว ดังนั้นเราจึงพัฒนาเทคนิคการพิมพ์วัสดุอ่อนนุ่มนี้ในอ่างที่มีวัสดุรองรับที่อ่อนนุ่มเช่นกัน กล่าวง่ายๆ คือเราพิมพ์เจลชนิดหนึ่งภายในเจลอีกชนิด ซึ่งมันช่วยทำให้เราสามารถพิมพ์ได้แม่นยำขึ้น ทีละชั้นๆ” คุณ Feinberg อธิบายเพิ่มเติมcmu-researchers-modded-makerbot-3d-printer-bioprint-collagens-alginates-fibrins-2
เทคนิคการพิมพ์แบบนี้พวกเขาเรียกมันว่า ‘FRESH’ (Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels) ที่จริงก็ไม่ใช่ของใหม่นัก เพราะว่าเมื่อเดือนที่แล้วทางมหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนีย ก็ใช้วิธีการคล้ายๆ กันนี้ในการพิมพ์เซลของมนุษย์กับวัสดุอ่อนนุ่มอีกชนิดหนึ่ง วิธีการของพวกเขาจะใช้ไฮโดรเจล ซึ่งเหมือนกันเจลที่เราใช้ล้างมือฆ่าเชื้อโรค ทำหน้าที่เหมือนเป็นแท่นรองรับ ทำให้พิมพ์ได้เหมือนแขวนลอยอยู่บนอากาศ

ถ้าเช่นนั้นนักวิจัยจาก Carnegie Mellon University ทำอะไรใหม่ล่ะ? พวกเขาบอกว่า ยังไม่เคยมีใครสามารถประกอบเนื้อเยื่อจำพวก collagen หรือ fibrin ได้เลย พวกเขายังอ้างว่าเจลที่ได้จากวิธีการผลิตแบบ FRESH สามารถละลาย และหายไปอย่างง่ายดายเมื่อได้รับความร้อนจากร่างกายมนุษย์ จึงสามารถหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อเซลเนื้อเยื่อที่มีชีวิตได้ด้วย

ผลงานที่น่าทึ่งอีกเรื่องหนึ่งคือการประหยัดค่าใช้จ่ายได้อย่างมหาศาล โดยทั่วไปเครื่องพิมพ์สามมิติชีวภาพจะมีราคาไม่ต่ำกว่า 3.5 ล้านบาท และยังใช้งานยาก แต่พวกเขาทำการวิจัยได้โดยอาศัยการดัดแปลงเครื่องพิมพ์สามมิติที่มีอยู่ในท้องตลาด เช่นเครื่อง Makerbot พวกเขาประสบความสำเร็จได้โดยใช้เพียงใช้ฮาร์ดแวร์ และซอฟต์แวร์แบบโอเพนซอร์ซ และดัดแปลงเครื่องเพียงเท่าที่จำเป็นเท่านั้น

“ไม่เพียงแต่ต้นทุนที่ต่ำ เรายังปรับค่าการพิมพ์อย่างละเอียด เพื่อให้ใช้งานได้อย่างเหมาะสมโดยได้คุณภาพสูงสุด มันช่วยให้งานของเราสำเร็จได้เร็วขึ้นมาก เราจึงจะคืนกำไรโดยการเผยแพร่การออกแบบเครื่องพิมพ์สามมิติของเราเพื่อให้ใครๆ ก็นำไปใช้ได้

ที่มา: http://www.3ders.org/articles/20151025-researchers-off-the-shelf-3d-printer-to-bioprint-arteries-hearts-bones-and-brains.html