Drukowanie narządów i tkanek
Biomateriały zostały już z powodzeniem wykorzystane do druku 3D. Technologia biodruku 3D do wytwarzania struktur biologicznych z reguły obejmuje umieszczanie komórek na podstawie biokompatybilności, z wykorzystaniem metody warstwa po warstwie do generowania trójwymiarowych struktur tkanek biologicznych.
Ponieważ tkanki w organizmie składają się z różnych typów komórek, technologie ich wytwarzania przy użyciu biodruku 3D również różnią się znacznie pod względem zdolności do zapewnienia stabilności i żywotności komórek. Niektóre z technik stosowanych w biodruku 3D to fotolitografia, biodrukowanie magnetyczne, stereolitografia i bezpośrednie wytłaczanie komórek. Materiał komórkowy wyprodukowany na drukarce biologicznej jest przenoszony do inkubatora, gdzie jest dalej hodowany.
Biodruk 3D może być stosowany w medycynie regeneracyjnej do przeszczepów niezbędnych tkanek i narządów. W porównaniu z drukiem 3D z materiałów nieorganicznych, biodrukowanie wiąże się z bardziej skomplikowanymi czynnikami, takimi jak dobór materiałów, typów komórek, czynników ich wzrostu i różnicowania, a także trudności techniczne związane z wrażliwością komórek i tworzeniem się tkanek.
Aby rozwiązać te problemy, konieczne jest współdziałanie technologii z dziedziny inżynierii, biomateriałów, biologii komórki, fizyki i medycyny. Biodrukowanie 3D jest już wykorzystywane do wzrostu i przeszczepiania kilku tkanek, w tym nabłonka warstwowego, kości, przeszczepów naczyniowych, szyn tchawicy, tkanki serca i struktur chrzęstnych. Inne zastosowania biodruku 3D obejmują wysoce farmakodynamiczne modelowanie tkanek do celów badawczych, a także opracowywanie leków i analizę toksykologiczną.
CRISPR
Szybki rozwój technologii edycji genów CRISPR zawdzięcza jej zdolności do leczenia patologii genetycznych. Niestety, pomimo ogromnej ilości prac badawczych w tym zakresie, dla wielu pacjentów takie leczenie pozostaje niedostępne: bezpieczeństwo metody pozostawia wiele do życzenia, zmiana materiału genetycznego często pociąga za sobą niepożądane konsekwencje.
Film promocyjny:
CRISPR to nowa technologia edycji genomu dla organizmów wyższych, oparta na układzie odpornościowym bakterii. System ten jest oparty na specjalnych regionach bakteryjnego DNA, krótkich palindromicznych powtórzeniach klastrów lub CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). Pomiędzy identycznymi powtórzeniami znajdują się różne fragmenty DNA - odstępniki, z których wiele odpowiada częściom genomów wirusów pasożytujących na danej bakterii. Kiedy wirus wnika do komórki bakteryjnej, jest wykrywany przy użyciu wyspecjalizowanych białek Cas (sekwencja związana z CRISPR) związanych z CRISPR RNA.
Jeśli fragment wirusa jest „zapisany” w odstępniku CRISPR RNA, białka Cas przecinają wirusowe DNA i niszczą je, chroniąc komórkę przed infekcją. Na początku 2013 roku kilka grup naukowców wykazało, że systemy CRISPR / Cas mogą działać nie tylko w komórkach bakteryjnych, ale także w komórkach organizmów wyższych, co oznacza, że systemy CRISPR / Cas umożliwiają korygowanie nieprawidłowych sekwencji genów, a tym samym leczenie chorób dziedzicznych człowiek.
Aktywne wykorzystanie Big Data i IoT
Na Zachodzie trend ten zarysował się już w latach 2015-2016, kiedy to największe firmy farmaceutyczne zaczęły korzystać z usług centrów danych do gromadzenia i przetwarzania danych, a także z różnych urządzeń peryferyjnych do pozyskiwania sensownych informacji o potencjalnych konsumentach leków.
Eksperci Global Data spodziewają się, że wolumen rynków oprogramowania i usług IoT w przemyśle farmaceutycznym wzrośnie do 2,4 miliarda dolarów do 2020 roku. Trend wzrostowy zakłada aktywny rozwój dużych zbiorów danych i inwestycje w powiązaną infrastrukturę.
Najbardziej uderzającym przykładem wykorzystania IoT na Zachodzie jest doświadczenie firmy Amazon i wykorzystanie platformy AWS do celów medycznych i farmaceutycznych. Macierz chmurowa pomaga uprościć wdrażanie innowacji technologicznych w przemyśle farmaceutycznym, upraszcza aplikację i integrację na potrzeby farmaceutycznego rozwoju wysokowydajnych obliczeń i uczenia maszynowego. Firma planuje nową usługę, która uprości pracę z systemami rejestracji danych klinicznych, receptą leków, a także wyborem leków w najlepszej cenie.
Zakłada się, że nowy serwis Amazon dostarczy wskazówek, jak lepiej leczyć pacjentów i oszczędzać na lekach. Firma planuje uwzględnić w usłudze rozpoznawanie dokumentacji medycznej oraz możliwość udzielania rekomendacji głosowych. Firma stwierdziła nawet, że „medyczne” pismo odręczne nie będzie problemem dla rozpoznania.
Operacje w wirtualnej rzeczywistości
Opieka zdrowotna to jedna z najważniejszych i najbardziej praktycznych branż w zakresie technologii rozszerzonej i wirtualnej rzeczywistości. W nowoczesnych operacjach laparoskopowych uzupełnieniem obrazu na endoskopie jest obraz uzyskany podczas śródoperacyjnej angiografii. Pozwala to chirurgowi dokładnie wiedzieć, gdzie znajduje się guz wewnątrz narządu, a tym samym zminimalizować utratę zdrowej tkanki z narządu pacjenta podczas operacji usunięcia guza.
Przy pomocy specjalistycznego oprogramowania lekarze mogą opracować modele poszczególnych protez na podstawie skanów pacjentów. Stworzenie symulatorów w oparciu o technologie wirtualnej rzeczywistości może znacząco podnieść jakość szkoleń lekarzy, obniżyć koszty i zmniejszyć liczbę błędów medycznych.
Protezy bioniczne
Ręce cybernetyczne są już z powodzeniem sprzedawane w Wielkiej Brytanii, Francji, a teraz w USA. 4 kwietnia 2019 roku firma Open Bionics ogłosiła partnerstwo z siecią klinik Hanger, z którą nawiązała dostawę protez Hero Arm do Ameryki.
Ramiona robotów są drukowane w 3D i można je wykonać w 40 godzin. Wewnątrz wbudowane są czujniki mioelektryczne, które umożliwiają odczyt sygnałów z mięśni i mózgu, reagując na nie tak szybko, jak to możliwe. W ten sposób osoby niepełnosprawne mogą znowu żyć pełnią życia. Według twórców Open Bionics protezy Hero Arm są niezwykle dokładne i intuicyjne. Lubią też dzieci, bo inżynierów zainspirował film „Iron Man” i gra Deus Ex.
Bioniczne protezy kończyn dolnych oprócz funkcji motorycznej muszą zapewniać skuteczną amortyzację wstrząsów. Kompaktowe i wydajne silniki oraz akumulatory o dużej pojemności sprawiają, że urządzenia te są mobilne i łatwe w użyciu. Takie technologie wpływają pozytywnie na jakość nowoczesnych protez, ale powodują wzrost ich ceny.
Według amerykańskiej firmy analitycznej Frost & Sullivan cena nowoczesnych ulepszonych protez waha się od 5000 do 50 000 USD.
Technologia druku 3D znacząco wpłynęła na dostępność nowoczesnych protez. Pozwala w szybki i łatwy sposób tworzyć niedrogie, ale funkcjonalne protezy, co zmniejsza ich ostateczny koszt dla konsumenta i stwarza perspektywy rozwoju branży.
Wraz z rozwojem technologii pojawił się nowy rodzaj protetyki - augmentacja, która polega nie tylko na zastąpieniu utraconego narządu, ale także na nabyciu umiejętności, które wcześniej nie były charakterystyczne dla człowieka.