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건강 관리의 미래를 바꾸는 5 가지 놀라운 프로젝트
마이크로 바늘 패치, 핸드 헬드 진단 기계, 향상된 감지 기능 및 3D 바이오 프린팅은 향후 10 년 내에 의사 근처에있는 기술 중 일부 또는 귀하의 집에도 있습니다.
느린 속도로 움직일 때조차도, Rohit Bhargava의 3D 프린터가 눈을 사로 잡습니다. 프린터 헤드의 첨단 팁이 움직이면서 플라스틱처럼 보이는 얇고 빛나는 튜브를 돌출시킵니다. 노즐이 떨어져서 다른 튜브를 꺼냅니다. 갑자기 그들은 연결됩니다. 복잡한 다른 3 차원 모양이되기 위해 다른 관들과 합류했습니다. 해밀하고 정확한 해부학 적 복제품.
튜브는 플라스틱이 아닙니다. 그들은 이소 말트 (isomalt), 가용성 물질로 만들어져 있습니다. 심장이 인상적이긴하지만 Bhargava의 궁극적 인 목표는 암이 뿌리를 내릴 수있는 인체의 덕트와 혈관입니다. 이 섬세한 선조들은 인체의 세포가 뿌려지고, 이소 말트가 용해되는 흔들린 실린더에 둘러싸여 있습니다. 남아있는 것은 살아있는 세포로 만들어진 실제 인체 해부학 모델입니다. 마치 몸 속에있는 것처럼 질병을 연구하는 3D 플랫폼입니다.
일리노이 주 어 바나 - 샴페인 대학 (University of Illinois Urbana-Champaign)의 혁신적인 암 센터 (Cancer Center ) 의 책임자 인 바 가르 바 (Bhargava)는보다 발전된 엔지니어링 솔루션을 의료 문제에 주입하는 데 주력해 왔습니다. 자유형 3D 프린터는 이러한 노력의 첫 번째 미래 성과 중 하나입니다.
그러나 Bhargava의 프로젝트는 우리가 알고있는대로 의학과 의료를 변화시키는 기술의 물결 중 하나 일뿐입니다. 보다 신속하고 정확하며 희망적으로 훨씬 저렴하게 만들 수 있습니다. 마이크로 바늘 패치, 핸드 헬드 진단 기계 및 향상된 감지 기능은 물론 3D 바이오 프린팅 기술이 향후 10 년 이내에 의사 근처의 의사 또는 가정에 제공되는 기술 중 일부에 지나지 않습니다.
그는 "정책은 정책의 일부일뿐"이라고 말했다. "이전보다 훨씬 비싸지 만 기술이 향상됨에 따라 더 저렴해진 휴대 전화와 노트북을 살펴보십시오. 공학을 의료에 적용하고 기본 지식을 취해이를 사용 가능한 솔루션으로 변환하면 비용을 절감 할 수있는 기회를 갖게됩니다 유사한 방식으로 품질을 향상 시키십시오. "
3D 인쇄 본문
복잡한 수학 알고리즘에 힘 입어 사람 머리카락 크기의 1/5 인 10 마이크론 크기의 튜브를 인쇄 할 수 있습니다. Bhargava 프린터는 표준 3D 프린터와 달리 한 번에 하나의 레이어를 배치하지 않습니다. 중공 필라멘트는 서로 얽혀서 세포가 자라며 체액이 통과 할 수있는 매우 복잡한 구조를 만듭니다.
유방 덩어리 나 임파선과 같은 표적 해부 체는 수십 또는 수천 또는 수천 개로 복제 할 수 있으므로 실험을 빠르고 재현 할 수 있습니다. 각 샘플에 종양 세포를 도입함으로써 연구원은 다양한 치료 및 신체 환경에 대한 개인의 암의 반응 및 반응을 제로로 설정할 수 있습니다. 이 방법을 사용하면 건강한 조직과 병든 조직의 차이를 쉽게 이해하고 이해할 수 있습니다.
이 3D 인쇄 기술은 고성능의 기계 학습 기반의 적외선 현미경과 함께 개인의 질병의 고유 한 화학 환경을 이미지화 할 수 있으며 Bhargava의 연구 그룹이 개발했습니다. 맞춤식 임상 진료가 현실화 될 수 있도록 돕고 있습니다.
Bhargava는 "이것은 세포뿐 아니라 혈액, 화학, 분자 환경, 종양 등 모든 조직에 존재한다. "이것이 결국 우리에게 할 수있는 것은 사람의 조직 전체를 고려하여 진단을 정말로 개인화하는 것입니다."
사이보그 솔루션
미네소타 대학교 (University of Minnesota)에서 Michael McAlpine은 3D 생물학에 초점을 맞추었지만 걷어차 기 시작했습니다.
"생물학을 생물학으로 대체해야합니까? 일반적으로, 당신은하지 않습니다."라고 McAlpine은 말했습니다. "무릎 연골을 티타늄이나 심장 박동기로 대체 할 수 있습니다. 간을 원래의 간과 동일한 세포로 만든 3D 인쇄 간으로 교체해야합니까? 전자 제품. "
그의 실험실의 초기 성공 중 하나는 인쇄 된 생체 공학적 귀 였으며 은색 나노 입자가 박혀있는 장밋빛 핑크색 껍데기 연골이었다. 비록 당시에는 조잡하고 단순하다는 이유로 조롱 받았지만 귀는 자연스런 청력 범위를 넘어선 라디오 주파수를 감지 할 수있었습니다. 그리고이 프린터는 기성품 프린터로 생산되었습니다.
McAlpine은 단순한 전자 제품을 사용하는 단일 셀 유형이었으며 엔지니어링 커뮤니티는 '3D 인쇄'가 좋은 용어가 아니라고 느꼈기 때문에 '직접 작성'및 '부가가치 제조'와 같은 단어를 사용하고 있다고 McAlpine은 말했습니다. "그러나 그것은 장벽을 깨뜨 렸습니다. 3D 프린트 된 바이오닉은 지금 어디서나 있습니다."
미네소타 대학교의 생체 공학 시제품McAlpine이 추진하고있는 것은 3D 프린터를위한 킬러 어플리케이션입니다. 즉, 한 번에 여러 가지 유형의 재료를 처리 할 수 있고 전자 제품과 함께 생물학을 빠르고 원활하게 배치 할 수 있습니다.
초인적 인 능력을 갖춘 보철적인 귀가 쉽게 입수 할 수있는 시점에 이르기까지는 아직 이르지 않았지만 McAlpine의 계속 된 생물 인쇄 작업 덕분에 너무 멀지 않았습니다. 그리고 그는 귀에 들러 붙지 않았습니다. 그의 그룹은 최근 생체 공학적 눈 (그림)을 만들어 냈고 생체 공학적 피부와 재생 척수 생산에도 힘 쓰고 있습니다 .
McAlpine은 "아무도 책상에 단단한 플라스틱 장식품 만 인쇄하기 때문에 지금은 3D 프린터를 사러 가고 싶어하지 않습니다. "하나의 프린터에서 완벽한 전자 및 생물학적 기능을 갖춘 부드러운 폴리머와 같은 소재를 사용하도록 3D 프린터의 기능을 확장하십시오. 이것이 바로 혁신적인 발전입니다."
무통 주사
달라스의 텍사스 대학 (University of Texas at Dallas)에서 Jeremiah J. Gassensmith의 연구 그룹 은 널리 거부 된 의학적 경험 인 주사를 개선하기 위해 3D 인쇄를 사용합니다.
"피하 주사 바늘에는 친구가 없습니다."라고 UT-Dallas 의 화학자 인 Ron Smaldone과 Gassensmith의 공동 작업자 중 한 명이 웃었습니다. 대학원생 Danielle Berry와 Michael Luzuriaga와 함께 Gassensmith (아래 그림)와 Smaldone은 3D 인쇄 된 마이크로 바늘 패치 ( 벨크로의 스크랩과 비슷하지만 약품이나 백신이 들어있는 것)를 개발했습니다.
존스 홉킨스 대학 (Johns Hopkins University)은 미래의 전염병을 예방하거나 피할 수 있는 15 가지 유망 기술 중 하나 인 미세 바늘 패치는 마약이나 백신 탑재량을 전달하기 위해 피부의 상층을 통증없이 관통하는 미세 바늘 그리드와 같습니다. 현재 마이크로 니들 어레이는 플라스틱 사출 금형을 통해 고가의 공장 클린 룸에서 또는 리소그래피를 통해 스테인레스 스틸 템플릿에서 생산됩니다. 생분해 성 플라스틱에서 이러한 배열을 3D로 인쇄하는 기능은 극소량 패치의 가격을 크게 낮추고 전원 공급 장치가있는 곳이면 어디서든 생산할 수 있습니다.
예레미야 가센 스미스
Gassensmith의 팀은 LulzBot 프린터와 PLA 폴리머 (젖산으로 만든 퇴비를 만들 수있는 생체 적합성 플라스틱)를 사용하여 페그의 작은 그리드를 생성 한 다음 페그의 팁을 미크론으로 에칭 한 칼륨 용액으로 목욕했습니다. 크기가 바늘. 돼지 피부에서 84 ~ 92 %의 주사 바늘이 떨어져 나갔고, 용해되었고, 시험 염료를 전달했다. 이는 기존의 약 75 %의 성공률과 비교된다.
앞으로 Gassensmith 그룹은 고열 프린팅 공정에서 생존 할 수있는 방식으로 폴리머 매트릭스에 단백질을 통합하는 방법을 모색 할 것입니다. 싸고 일회용 마이크로 바늘 패치를 실현 가능한 기술로 만드는 데 극복해야 할 주요 장애물입니다.
Gassensmith는 "Microarrays를 사용하면 숙련 된 의료 전문가가 주사를 맞출 필요가 없으며, 혈관계에 침투하지 않거나 생물학적 유해 폐기물을 생성하지 않기 때문에 주입해야합니다. "또한 의학을 민주화하고, 치료법을 생산하기 위해 이러한 고급 제조 시설이 필요한 컨벤션을 해킹합니다."
의료용 마이크로 진동기
하칸 실란 (Hakan Ceylan)은 야심적 인 목표를 가지고있다. 그는 수술의 필요성을 근절하는 것 이상을 목표로 삼고있다. 그리고 그는 어떻게 그런 일을 제안합니까? 셀 크기의 수영 로봇 또는 마이크로 스위 머.
독일 슈투트가르트의 막스 플랑크 연구소 (Max Planck Institute for Intelligent Systems)의 세일란 (Ceylan ) 연구원 은 "수술은 매우 침략적이며 외상 적이다. 수술 후 감염으로 인해 많은 사람들이 사망한다 .
microswimmers는 두 개의 광자 중합 (레이저)을 통해 3D 인쇄되며, 이중 나선형 하이드로 겔 형태는 자성 나노 입자가 주입됩니다. 이 마이크로 진동 장치는 반 자율적입니다. 외부 자성 전류가있는 "몸체"(실험실 테스트의 물)를 통해 안내되기 때문에 반자동이지만, 내부의 특정 환경 또는 화학 신호에 자동으로 반응하도록 설계되었습니다. 신체.
Ceylan의 현재 프로토 타입은 유방암 세포에서 생산되는 MMP-2 효소의 존재 하에서 팽창합니다. 이것은 암세포에 부착시키는 항체로 코팅 된 자기 나노 입자의 로봇 하중을 방출합니다. 자기 마이크로 스위 머는 테스트에서 40 %의 세포를 태그 할 수있었습니다. 이는 종래의 세포 태깅 기술보다 4 배 뛰어났습니다.
사고를 통해 악의적 인 세포가 신체 전체에서 감지되어 표식이 붙을 수 있다면 세포 수준에서 파괴 대상이 될 수 있으므로 외과 의사가 메스 또는 독성 화학 요법을받을 필요가 없습니다.
glioblastomas, 또는 복잡하고 분기 된 종양이 뇌를 침범한다고 생각하십시오. 절제 수술을 통해 뇌 조직의 일부를 제거해야하기 때문에 환자는 거의 동일하지 않습니다. 생존율이 낮습니다.
"외과 의사가 마이크로 종단 장치로 이러한 종양을 깨끗하고 깨끗하게 제거 할 수 있다면 수술의 침습성을 크게 줄일 수 있습니다."라고 Ceylan은 말했습니다. "작은 위치에서 주사만으로 전체 두개골을 열 필요가 없습니다."
Ceylan은 이러한 마이크로 진동기의 최초의 "현실적인 사용"을 위해 10 년 이상이 될 수 있음을 시인합니다. 봇을 조종하면서 해결해야 할 많은 문제가 있고, 신체에서의 위치를 이미징하고, 마커 또는 약물을 유발하는 다양한 방법 하이드로 겔에서 방출된다.
어디서나 더 나은 센서
샌디에고에있는 그의 사무실에서 에릭 비 이어 (Erik Viirre)는 책상 위에 몇 개의 진보적 인 말을 덧붙인다. 최초의 스타 트랙 (Star Trek) tricorder 의 복제본 , 허구의 휴대용 의료 기기가 쇼에서 두드러지게 등장했습니다. Arthur C. Clarke 외 아무도 발견하지 못한 1701 난파선의 은빛 루피. 스리랑카에있는 그의 집에서 저자와 함께 Viirre의 스냅 사진.
캘리포니아 샌디에고 대학에서 Viirre의 일은 두뇌를 연구하고 있습니다. 특히 사람들의 두뇌가 편두통, 이명, 현기증 및 기타 균형 장애를 갖게되는 원인이 있습니다. 그의 연구는 가상 현실 을 사용 하여 이러한 조건 중 일부를 치료하는 데 도움을주었습니다.
그러나 그는 대학의 Clarke Centre for Human Imagination 의 직원도 맡고있어 루피에게 과학 소설 마스터와의 개인적인 연관성을 더욱 중시합니다. 이 오브제 들은 우리가 만든 의료 및 기술 발전에도 불구하고 미래의 가장 강력한 비전 중 일부는 아직 성취되지 않았 음을 Viirre에게 상기시킵니다.
"우리는 이러한 영감을 얻었지만 여전히 많은 문제가 있지만 적어도 현재 문제를 볼 수 있습니다."라고 Viirre는 말했습니다. "우리는 시리와 알렉사가 잘못 이해하고 있다고 농담하지만 좋은 직업을 얻는다. 냉소적이지만 냉담한 적응"즉, 우리는 행복하게 기술을 우리 삶에 통합하지만 우리는 항상 그것을 원한다. 더 좋고 빠르다.
따라서 Viirre는 여러 가지 가상 기술을 현재 : 핸드 헬드 감지 (Viirre는 Tricorder XPrize 경쟁 의 의료 및 기술 고문 )뿐만 아니라 의학 분야의 인공 지능 응용 프로그램 (특히 챠트봇 및 인공 지능 진단)으로 보급하는 역할 을 수행합니다. 그러나 인공 지능의 짐승은 데이터를 필요로하며 미래의 데이터는보다 우수하고 똑똑한 센서에서 비롯됩니다.