چگونه دانشمندان از یک چاپگر جوهر افشان برای ساخت استخوان استفاده می کنند؟!

نرگس313

عضو جدید
How can scientists use an inkjet printer to make bones?



With the proliferation of improvised explosive devices (IEDs), used by insurgents in Iraq and Afghanistan, many soldiers are returning home with severe trauma injuries. Advances in battlefield medicine also mean that soldiers who may have died in combat in another era will live. Doctors are turning to a new generation of medical techniques and devices, including advanced prosthetics, to help soldiers recuperate and maintain mobility. An essential part of this science is the bone graft, using bone from another source to fill in gaps where bone has been damaged, destroyed or removed.
Sometimes a bone graft can mean the difference between amputation and saving a limb. Bone grafts aren’t just for battlefield injuries -- they're a vitally important procedure used to treat many conditions and injuries, including serious accidents, broken bones, birth defects, degenerative bone disorders, bone loss due to removal of tumors or intensive dental surgery.
Currently bone grafts can be performed with a small piece of bone, either from another part of the patient’s body or a cadaver, or with metallic inserts. However, there are drawbacks to each of these methods. Taking bone from another part of a patient’s body requires additional incisions, which means more pain and recovery time. It also presents the potential for complications such as infection or weakening of the bone. Bone from cadavers is generally considered less effective because it doesn’t develop as well as natural bone, and metallic inserts have to be replaced over time.
Enter artificial bones, a concept that contains enormous potential but one that has until recently been fraught with difficulties. Bones made from biological materials are generally too fragile to support weight. Artificial bones made from ceramics have limited use and are best used in conjunction with a bone graft anyway. But an ingenious new method may present new possibilities for bone grafts and artificial bones, and surprisingly, it makes use of something many people have in their home: an inkjet printer.
Of course, this is not a typical inkjet printer -- it is heavily modified and quite a bit bigger. But the technology is quite similar to a conventional inkjet printer, and the process could potentially revolutionize bone graft surgery. Scientists at McGill University in Montreal, Canada, are using their printer to create perfect replicas of damaged bones by “printing” new bones, layer by layer.
Describing the process to the ”Daily Mail” Professor Jake Barralet from McGill University said, “The 'paper' in our printer is a thin bed of cement-like powder. The inkjet sprays the cement with an acid which reacts with it and goes hard. That deals with one layer. Then new layers of fresh powder are sprayed on top and the layers build up to the shape we need” [Daily Mail].
The entire process takes only 10 minutes to print most grafts. What further differentiates this method from other types of grafts and artificial inserts is that the compounds in the printer contain the same building blocks found in human bones. The grafts can also eventually dissolve into the human body, allowing natural bone to take its place.
The printer’s sophisticated design means that precise “holes” can be left in the graft to encourage the body’s own tissue to regrow and rejuvenate the area. This ability allows very specific grafts to be made for sensitive areas or for bones to grow in a specific manner to affect tissue repair, which can also be useful in reconstructive surgery where a doctor is trying to allow an area to both heal and maintain a certain appearance.
Professor Barralet says that inkjet-produced bone grafts are “a long way” from being used in hospitals, but the project appears to have tremendous potential.
Professor Barralet’s team is not the only group employing inkjet technology to develop new bone graft techniques. A company called Advance Ceramics Research Inc., in Tucson, Arizona, has developed a technology called “Plasti-Bone.” Like inkjet-produced bones, Plasti-Bone is strong enough to act as a graft but also porous to encourage bone regeneration and allow blood to flow through the bone. Plasti-Bone is made from a biologically friendly plastic with a ceramic coating, and natural bone begins bonding to Plasti-Bone after about eight weeks. The artificial bone eventually dissolves harmlessly into the body.
In order to create their Plasti-Bones, ACR designs them on computers and then produces them through rapid prototyping fabrication. Rapid prototyping builds layer upon layer, similar to inkjet technology, and allows scientists to control how long the bone remains in the body before dissolving by altering porosity and the thickness of the ceramic coating.
Like the technology being developed at McGill University, Plasti-Bone will likely be first used in place of small, natural bone grafts and it will be years before entire bones are replaced through this process.
Inkjet-produced bones and rapid prototyping are part of a wider effort to use these technologies to make precise, custom-designed implants for medical use. Scientists at Manchester University in the United Kingdom are working on a technique to print artificial skin, which could similarly revolutionize the skin graft process. That technology may be ready for clinical trials in five years [Live Science].
“Bio-inks” also exist in the form of proteins or individual cells arranged in patterns. These inks can be adapted for a variety of purposes. In December 2006, researchers at Carnegie Mellon University announced that they had used a custom-designed inkjet printer to develop bone and muscle cells from mice stem cells [Technology Review]. Stem cells have scientists particularly excited because they have the ability to grow into any type of cell, though they remain a contentious topic. (To learn about the controversy surrounding stem cells, read How Stem Cells Work.) The Carnegie Mellon team uses growth factors -- solutions that direct stem cells to grow into a specific type of cell -- in combination with adult mice stem cells and a material that binds to growth factors. Through continued research, combining stem cells with bio-inks may allow scientists to create not only “printed,” natural bones but also tendons, ligaments, blood vessels and other needed tissues.
Inkjet technology improved document printing long ago, but it seems that the real revolution may be in how it changes medicine. A decade from now, a car accident victim or a grandmother suffering from osteoarthritis may simply receive a customized, natural, printed piece of bone rather than facing amputation, painful grafts or metal inserts. In fact, scientists dream that one day they will be able to print whole bones, tissues or even organs, making loss of limb, mobility or vital organs a thing of the past.



http://health.howstuffworks.com/artificial-bone.htm
 

King Paker

عضو جدید
کاربر ممتاز
ببخشید لیزری و سوزنی جواب نمیده؟
 

King Paker

عضو جدید
کاربر ممتاز
آخه صبرکنید صبح بشه بعد نظر بدید داشتم ترجمه اش می کردم نصفه شبی!

نه فقط جوهر افشان! راه نداره ...اصرار نکن با هیچی دیگه نمیشه!:w08:
اوکی اوکی خونسرد باش 313 جان

اسلحتو بذار زمین با هم مذاکره می کنیم حالا
 

نرگس313

عضو جدید
ترجمه مقاله بالا:

با گسترش سلاحهای انفجاری در کشورهایی مثل عراق و افغانستان بسیاری از سربازان با جراحت های جدی به سرزمین خود باز می گردند.با پیشرفت پزشکی جنگی بسیاری از بمجروحین این جراحت ها بهبود می یابند.پزشکان نسل جدیدی از تکنیک ها و تجهیزات از جمله اعضای مصنوعی را بزای کمک به سربازان برای بهبود کشف کرده اند.قسمت اصلی این دانش پیوند استخوان است؛استفاده از استخوان از منبعی دیگر برای جایگزینی قسمت آسیب دیده و حفظ عضو.
پیوند استخوان فقط مخصوص جراحات جنگی نیست.این روش یک روش حیاتی برای درمان بسیاری از جراحات و آسیب ها مانند تصادفات شدید،شکستگی استخوان،ناهنجاری های بدو تولد،اختلالات استخوانی خطرناک،از دست رفتن استخوان در جریان بیرون آوردن تومور و جراحی های شدید دندان است.
پیوند استخوان توسط قطعه کوچکی از از استخوان از بدن خودبیمار یا از جسد و یا قطعه فلزی قابل انجام است.ولی همه این روش ها دارای عوارضی هستند که انتخاب آنها را دشوار می کند.برداشتن استخوان از قسمت دیگری از بدن نیازمند برش های زیادی در بدن بیمار است که این خود باعث درد بیشتر، بهبودی پس از عمل سخت تر ،و احتمال عفونت می شود.
استخوان از جسد نیز در حالت کلی کمتر از استخوان زنده موثر است.چون قابلیت رشد ندارد.قطعه آهنی هم در پس از گذشت زمان باید عوض شود.
حال به استخوان مصنوعی می پردازیم،مسئله ای که امید زیادی برای پیشرفت دارد ؛اما در تولید با مشکلات زیادی مواجه شده است.استخوان های ساخته شده از مواد زیستی در حالت کلی ظریف تر از آنند که توانایی تحمل وزن داشته باشند.استخوان های مصنوعی که با سرامیک ساخته شده اند استفاده های محدود تری دارند و بیشتر به صورت ترکیبی با استخوان پیوندی استفاده می شود .ولی روش جدید که زمینه ساز پیشرفتهای گسترده ای در زمینه پیوند استخوان است از یک دستگاه خانگی ساده استفاده می کند.پرینتر جوهر افشان!
البته این پرینتر یک پرینتر معمولی نیست.این دستگاه پیشرفته کمی بزرگتر از پرینتر است.ولی تکنولوژی بکار رفته کاملا مشابه است.دانشمندان دانشگاه مک گیل کانادا از پرینتر خود برای تولید یک کپی عالی برای استخوان آسیب دیده استفاده کردند.آنها استخوان را لایه به لایه پرینت گرفتند!
پروفسور جک بارلت از دانشگاه مک گیل طرز کار این پرینتر را اینگونه توضیح داد:کاغذ این پرینتر یک بستر نازک از پودری سیمان مانند است.جوهر افشان،سیمان و نوعی اسید را روی این کاغذ می پاشد که این ماده در ترکیب با بستر زیرین لایه سختی را تشکیل می دهد.این برای یک لایه.در لایه های بعدی همان پودر پاشیده شده و بصورت لایه لایه شکل مورد نظر ما را پدید می آورد.
در این روش فقط 10 دقیقه طول می کشد تا عضو پیوندی شبیه سازی شود.تفاوت عمده این پیوند با استخوان های پیوندی دیگر این است که این پیوند ساختار استخوان بدن انسان را داراست.پیوند هم چنین سرانجام در بدن انسان حل می شود و به استخوان طبیعی اجازه می دهد که در جای خود قرار گیرد.
طراحی ماهرانه پرینتر به طوری است که حفره های دقیقی را درون قطعه پیوندی ایجاد می کند. این حفره ها بعدا توسط بافت های بدن پر شده و محل مورد نظر توسط خود بدن بازسازی و ترمیم میشود.این شاخصه باعث می شود متخصصان،پیوند های بسیار خاصی برای نقاط حساس استخوان ساخته تا باعٍث ترمیم بافتی نقطه مورد نظر شوند.این عمل هم چنین می تواند در جراحیهای ترمیمی هم استفاده شود وقتی که پزشک تلاش می کند همزمان هم نقطه مورد نظر را بهبود بخشیده و هم مشخصات ظاهری را حفظ کند.
به گفته پروفسور بارلت پیوند های استخوانی تولید شده با این روش هنوز در بیمارستانها مورد استفاده قرار نمی گیرند ولی پتانسیل بالایی برای جایگزینی روش های قبلی دارند.
تیم پروفسور بارلت تنها گروهی نیستند که روی این موضوع کار می کنند. شرکتی به نام تحقیقات سرامیک پیشرفته در آریزونا آمریکا به تکنولوزی به نام plasti-bone دست یافته است.همانند استخوانهای تولید شده توسط پرینتر این نوع استخوان نیز برای عمل پیوند مناسب است.علاوه بر این این استخوان بسیار متخلخل است که موجب می شود استخوان طبیعی در محل پیوند دوباره تولید شود هم چنین باعث می شود جریان خون نیز از میان قطعه پیوندی عبور کند.plasti-boneاز یک نوع پلاستیک زیست سازگار ساخته شده است و رویه ای سرامیکی دارد . استخوان طبیعی بعد از 8 هفته به این قطعه جوش می خورد.قطعه مصنوعی سرانجام به صورت کاملا بی ضرر در بدن حل می شود .برای ایجاد plasti-bone شرکت مربوطه ابتدا آن با کامپیوتر طراحی کرده و سپس به ساخت سریع نمونه می پردازد در این روش استخوان همانند روش قبلی لایه لایه ساخته می شود که به دانشمندان اجازه می دهد مدت زمانی را که قطعه قبل از حل شدن در بدن می ماند با تنظیم تعداد حفره ها ضخامت لایه سرامیکی تنظیم کند.
مثل دیگر تکنولوژی هایی که در دانشگاه مک گیل توسعه یافته است یه نظر می رسد که plasti-bone ابتدا فقط به عنوان یک قطعه کوچک پیوندی طبیعی به کار می رود و هنوز سالها مانده است تا از این قطعه برای جایگزینی استخوان کامل استفاده شود.
دو روش ذکر شده بخشی از تلاشها برای استفاده از فناوری در ساخت ایمپلنت های دقیق و با طراحی خاص برای استفاده های پزشکی است.
دانشمندان دانشگاه منچستر بر روی روشی برای ساخت پوست مصنوعی به روش جوهر افشان کار می کنند.این روش که انقلابی در پیوند پوست محسوب می شود تا 5 سال دیگر ممکن است به بازار عرضه گردد.
در دسامبر 2006 دانشمندان دانشگاه Carnegie Mellon اعلام کردند که از روش جوهر افشان برای تولید سلول های استخوانی و ماهیچه ای از سلول های بنیادی موش استفاده کرده اند.دانشمندان دانشگاه مذکور از فاکتورهای رشد (موادی که باعث تبدیل سلول های بنیادی به سلول مورد نظر می شود) در ترکیب با سلول های بنیادی موش بالغ استفاده کرده اند.در ادامه تحقیقات با مخلوط کردن سلول های بنیادی و جوهر های طبیعی دانشمندان حتی ممکن است علاوه بر استخوان به تولید دیگر اجزای از جمله تاندون رباط رگ خون و دیگر بافت ها هم دست یابند.
چاپگرهای جوهر افشان چاپ کاغذ را از مدت ها قبل متحول کردند حالا به نظر می رسد تحول واقعی تغییری است که در پزشکی بوجود می آورند.پزشکان این امیدند که روزی بتوانند استخوان،بافت و حتی اندام را شبیه سازی کرده و از دستدادن عضو،تحرک و اندامهای حیاتی را برای همیشه از بین ببرند.
 
بالا