Druck von Organen und Geweben
Biomaterialien wurden bereits recht erfolgreich für den 3D-Druck eingesetzt. Die 3D-Bioprinting-Technologie zur Herstellung biologischer Strukturen umfasst in der Regel die Platzierung von Zellen auf biokompatibler Basis unter Verwendung eines Schicht-für-Schicht-Verfahrens zur Erzeugung dreidimensionaler Strukturen biologischer Gewebe.
Da Gewebe im Körper aus verschiedenen Zelltypen bestehen, unterscheiden sich die Technologien für ihre Herstellung durch 3D-Bioprinting auch erheblich in ihrer Fähigkeit, die Stabilität und Lebensfähigkeit von Zellen sicherzustellen. Einige der Techniken, die beim 3D-Bioprinting verwendet werden, sind Photolithographie, magnetisches Bioprinting, Stereolithographie und direkte Zellextrusion. Das auf einem Bioprinter erzeugte Zellmaterial wird in einen Inkubator überführt, wo es weiter gezüchtet wird.
3D-Bioprinting kann in der regenerativen Medizin zur Transplantation essentieller Gewebe und Organe eingesetzt werden. Im Vergleich zum 3D-Druck aus anorganischen Materialien gibt es beim Bioprinting komplizierende Faktoren wie die Auswahl der Materialien, Zelltypen, deren Wachstums- und Differenzierungsfaktoren sowie technische Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der Zellempfindlichkeit und Gewebebildung.
Um diese Probleme zu lösen, ist das Zusammenspiel von Technologien aus den Bereichen Ingenieurwesen, Biomaterialwissenschaft, Zellbiologie, Physik und Medizin erforderlich. 3D-Bioprinting wird bereits verwendet, um mehrere Gewebe zu züchten und zu transplantieren, darunter geschichtetes Epithel, Knochen, Gefäßtransplantate, Trachealschienen, Herzgewebe und Knorpelstrukturen. Weitere Anwendungen für das 3D-Bioprinting sind die Modellierung von hochpharmakodynamischem Gewebe für Forschungszwecke sowie die Arzneimittelentwicklung und toxikologische Analyse.
CRISPR
Die rasche Entwicklung der CRISPR-Gen-Editing-Technologie beruht auf ihrer Fähigkeit, genetische Pathologien zu behandeln. Leider bleibt eine solche Behandlung trotz des enormen Forschungsaufwands auf diesem Gebiet für viele Patienten unzugänglich: Die Sicherheit der Methode lässt zu wünschen übrig, eine Veränderung des genetischen Materials hat häufig unerwünschte Folgen.
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CRISPR ist eine neue Genom-Editing-Technologie für höhere Organismen, die auf dem Immunsystem von Bakterien basiert. Dieses System basiert auf speziellen Regionen bakterieller DNA, kurzen palindromischen Cluster-Wiederholungen oder CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). Zwischen identischen Wiederholungen gibt es DNA-Fragmente, die sich voneinander unterscheiden - Spacer, von denen viele Teilen des Genoms von Viren entsprechen, die auf einem bestimmten Bakterium parasitieren. Wenn ein Virus in eine Bakterienzelle eindringt, wird es unter Verwendung spezialisierter Cas-Proteine (CRISPR-assoziierte Sequenz) nachgewiesen, die mit CRISPR-RNA assoziiert sind.
Wenn ein Fragment des Virus in einen CRISPR-RNA-Spacer „geschrieben“wird, schneiden Cas-Proteine die virale DNA und zerstören sie, um die Zelle vor einer Infektion zu schützen. Anfang 2013 haben mehrere Wissenschaftlergruppen gezeigt, dass CRISPR / Cas-Systeme nicht nur in Bakterienzellen, sondern auch in Zellen höherer Organismen funktionieren können. Dies bedeutet, dass CRISPR / Cas-Systeme es ermöglichen, falsche Gensequenzen zu korrigieren und damit Erbkrankheiten zu behandeln Mensch.
Aktive Nutzung von Big Data und IoT
Im Westen wurde dieser Trend bereits in den Jahren 2015 bis 2016 umrissen, als die größten Pharmaunternehmen begannen, die Dienste von Rechenzentren zu nutzen, um Daten zu sammeln und zu verarbeiten sowie verschiedene Peripheriegeräte zu verwenden, um aussagekräftige Informationen über potenzielle Drogenkonsumenten zu erhalten.
Global Data-Experten erwarten, dass das Volumen der Märkte für Software und IoT-Dienste in der Pharmaindustrie bis 2020 auf 2,4 Milliarden US-Dollar anwachsen wird. Der Wachstumstrend geht von der aktiven Entwicklung von Big Data und Investitionen in verwandte Infrastrukturen aus.
Das auffälligste Beispiel für den Einsatz von IoT im Westen ist die Erfahrung von Amazon und die Nutzung der AWS-Plattform für medizinische und pharmazeutische Zwecke. Das Cloud-Array vereinfacht die Implementierung technologischer Innovationen in der Pharmaindustrie und vereinfacht die Anwendung und Integration für die Anforderungen der pharmazeutischen Entwicklung von Hochleistungsrechnern und maschinellem Lernen. Das Unternehmen plant einen neuen Service, der die Arbeit mit klinischen Datenerfassungssystemen, die Verschreibung von Arzneimitteln sowie die Auswahl von Arzneimitteln zu den besten Kosten vereinfacht.
Es wird davon ausgegangen, dass der neue Amazon-Dienst Tipps zur besseren Behandlung von Patienten und zur Einsparung von Medikamenten bietet. Das Unternehmen plant, die Anerkennung von Krankenakten in den Dienst einzubeziehen und Sprachempfehlungen abzugeben. Das Unternehmen sagte sogar, dass "medizinische" Handschrift kein Problem für die Erkennung sei.
Operationen in der virtuellen Realität
Das Gesundheitswesen ist eine der wichtigsten und praktischsten Branchen für Augmented- und Virtual-Reality-Technologien. Bei modernen laparoskopischen Operationen wird das Bild auf dem Endoskop durch das Bild ergänzt, das während der intraoperativen Angiographie erhalten wird. Auf diese Weise kann der Chirurg genau wissen, wo sich der Tumor im Organ befindet, und so den Verlust von gesundem Gewebe aus dem Organ des Patienten während der Operation zur Entfernung des Tumors minimieren.
Mit Hilfe einer speziellen Software können Ärzte Modelle einzelner Prothesen basierend auf Patientenscans entwickeln. Die Erstellung von Simulatoren auf Basis von Virtual-Reality-Technologien kann die Qualität der Ausbildung von Ärzten erheblich verbessern, die Kosten senken und die Anzahl medizinischer Fehler verringern.
Bionische Prothesen
Kybernetische Hände werden bereits erfolgreich in Großbritannien, Frankreich und jetzt in den USA vermarktet. Am 4. April 2019 gab Open Bionics seine Partnerschaft mit dem Hanger-Netzwerk von Kliniken bekannt, mit dem die Lieferung von Hero Arm-Prothesen nach Amerika etabliert wurde.
Roboterarme sind 3D-gedruckt und können in 40 Stunden hergestellt werden. Im Inneren sind myoelektrische Sensoren eingebettet, die es ermöglichen, Signale von Muskeln und Gehirn zu lesen und so schnell wie möglich darauf zu reagieren. So können Menschen mit Behinderungen wieder ein erfülltes Leben führen. Laut den Entwicklern von Open Bionics sind Hero Arm-Prothesen unglaublich genau und intuitiv. Sie mögen auch Kinder, weil die Ingenieure vom Film "Iron Man" und dem Spiel Deus Ex inspiriert wurden.
Bionische Beinprothesen müssen zusätzlich zur motorischen Funktion eine wirksame Stoßdämpfung bieten. Kompakte und effiziente Motoren und Hochleistungsbatterien machen diese Geräte mobil und benutzerfreundlich. Solche Technologien wirken sich positiv auf die Qualität moderner Prothesen aus, verursachen jedoch einen Preisanstieg.
Laut dem amerikanischen Analyseunternehmen Frost & Sullivan liegt der Preis für moderne, verbesserte Prothesen zwischen 5.000 und 50.000 US-Dollar.
Die 3D-Drucktechnologie hat die Verfügbarkeit moderner Prothesen stark beeinflusst. Sie können schnell und einfach kostengünstige, aber funktionelle Prothesen herstellen, wodurch die Endkosten für den Verbraucher gesenkt werden und Perspektiven für die Entwicklung der Branche geschaffen werden.
Mit der Entwicklung der Technologie ist eine neue Art der Prothetik aufgetaucht - die Augmentation, bei der nicht nur ein verlorenes Organ ersetzt, sondern auch Fähigkeiten erworben werden, die bisher für den Menschen nicht charakteristisch waren.
