Impressão 3D de código aberto: Explorando soluções científicas e médicas

A impressão 3D não é uma novidade para se ouvir. É uma indústria muito popular agora que começou no início dos anos 80. Mas quão diferente é a impressão 3D a partir de desenhos proprietários? Como isso afeta suas aplicações em ciência e medicina? Vamos continuar lendo.

O que é 3D Printing All About?

Assim como uma impressora de computador convencional é usada para imprimir em 2D em papel, o trabalho de uma impressora 3D é criar objetos tridimensionais reais, solidificados a partir de um arquivo 3D digital, auxiliado por um computador, é claro. Eles usam diferentes processos adicionando materiais camada por camada na maioria dos métodos.

Os materiais podem estar em forma líquida ou em pó para serem fundidos, para servir como material de entrada para a impressora 3D, da mesma forma que as impressoras a jato de tinta 2D exigem cartuchos de tinta. Os objetos criados podem ter praticamente qualquer forma geométrica.

Um termo mais industrial para impressão 3D é Manufatura Aditiva.

Por que a impressão 3D é tão útil?

Impressão 3D tem aplicações ilimitadas, devido ao qual é tão popular. Vamos examinar brevemente algumas dessas aplicações, embora nosso foco principal seja em Ciências Aplicadas e Aplicações Médicas.

1. Prototipagem Rápida

Na impressão 3D, Prototipagem Rápida é um processo no qual peças menores de um dispositivo maior podem ser rapidamente fabricadas para aumentar a produtividade, com a ajuda do CAD 3D. Esta é uma ótima maneira de testar a usabilidade de protótipos para os padrões da indústria, daí o termo.

2. Veículos

Há uma ampla variedade de processos de fabricação impressos em 3D para aviação, automotivo, aeroespacial, construção naval e muito mais.

3. Meio Ambiente

Estruturas de corais impressas em 3D estão sendo desenvolvidas para salvar nossos recifes de coral moribundos.

4. Construção

Partes de edifícios inteiros agora podem ser criadas com Impressão 3D, que podem ser todas montadas posteriormente para a construção de várias arquiteturas. Você pode agora imprimir sua casa em menos de um dia!

5. Odontologia

Você sabia que até os dentes podem ser impressos em 3D? Pense na precisão com que eles podem ser projetados para substituir ou reparar dentes!

6. Gadgets e Ferramentas

Você pode até mesmo imprimir em 3D seus próprios gadgets e ferramentas personalizadas para uso pessoal!

7. Órgãos

Sim, está correto, a Pesquisa de Impressão 3D já fez tanto progresso que agora também é possível recriar órgãos humanos prontos para um transplante de pacientes que têm fígado, rim, coração, pulmões ou qualquer outro órgão vital danificado além "reparar".

Agora que vimos algumas das várias aplicações, vamos agora refletir sobre qual das duas abordagens a seguir é mais adequada para elas:

Impressão 3D proprietária (fonte fechada)

A impressão 3D proprietária, como a frase sugere, usa software proprietário que não permite o acesso ao código-fonte para o desenvolvimento em toda a comunidade. Quaisquer alterações feitas no hardware também anularão sua garantia se você possuir uma impressora 3D proprietária. Se você precisar alterar o modo de funcionamento da impressora para personalizá-la de acordo com sua necessidade específica, estará impedido por vários desses problemas.

Se tais regras forem seguidas para qualquer um dos aplicativos de impressão 3D que discutimos na seção acima, será realmente difícil focar nos objetivos reais do projeto.

A impressão 3D proprietária pode ser realmente cara, não apenas em termos de dinheiro, mas também se você considerar o tempo, o que também é muito valioso para se considerar ao trabalhar em um projeto de impressão 3D.

Impressão 3D de código aberto

A impressão 3D de código aberto elimina todos os problemas que acabamos de discutir na seção proprietária. Não apenas reduz os custos, mas também facilita a inovação para resolver os problemas enfrentados durante a fabricação em 3D.

Aparentemente, a frase "Open Source 3D Printing" também está ganhando popularidade, como é evidente com uma simples pesquisa online.

Agora é possível que os usuários utilizem o Open Source completamente, tornando possível reduzir muito o tempo de produção e os custos de fabricação!

Exemplos de Ciência Aplicada e Soluções Médicas Alcançadas com Impressão 3D de Código Aberto

Pensamos sobre qual destas muitas aplicações é mais significativa para melhorar e sustentar radicalmente a qualidade da nossa vida e do nosso planeta e, portanto, decidimos explorar especificamente as Soluções Científicas e Médicas para fazer exatamente isso.

Portanto, nesta seção final e mais importante, vamos escolher os aplicativos relacionados que acabamos de discutir e examinar detalhadamente alguns exemplos nos quais achamos que a Abordagem do Open Source é mais necessária:

1. Salvando nossos recifes de coral

Recifes de Coral Impressos em 3D desenvolvidos por Reef Design Lab

Os recifes de coral são uma parte extremamente importante da biodiversidade do nosso planeta e estão morrendo.

Os recifes de coral impressos em 3D são agora uma iniciativa muito promissora para ajudar a restaurá-los. O Reef Design Lab tornou recentemente possível suportar a vida dos corais. O design dos modelos 3D envolvidos no projeto será feito em Open Source para que os pesquisadores que queiram contribuir no mesmo possam participar ativamente.

2. Substituição dos dentes

3D dentes impressos? Sim, essa é uma possibilidade definida hoje! Há também uma melhoria interessante no design: Estes dentes são projetados com material que é antibacteriano na natureza! Isso torna possível matar as bactérias responsáveis ​​pela cárie dentária no contato da comida que você mastiga!

3. Bioprinting

Uma bioprinter 3D é um dispositivo que requer que a “bio-ink” seja usada como material para o tecido de bioengenharia 3D Print.

O seguinte vídeo curto descreve o processo de Bioprinting um ouvido humano. Note como eles não usam plástico ou borracha, mas tecido vivo como biomaterial!

A Iniciativa Bioprinting Aberta

À medida que aprendemos que a Tissue Engineering é muito impulsionada pela tecnologia de impressão 3D, devemos considerar também que cada paciente é diferente e, portanto, é necessário que haja uma plataforma aberta que permita a fabricação personalizada para a geração de tecidos e órgãos.

Um Sistema Aberto que possibilite essa impressão personalizada de biomateriais de natureza diversa tornará muito mais fácil a realização de pesquisas em Engenharia de Tecidos.

A Iniciativa Bioprinting Aberta foi um passo que aborda esse mesmo objetivo primário. O documento relacionado não é o Open Access. Mas, para fins educacionais, foi disponibilizado em seu repositório do GitHub chamado Papers .

O artigo indica como um sistema de bioimpressão 3D multicanal de código aberto é importante, tanto em termos de hardware quanto de software. Ele também menciona a relação custo-benefício porque o sistema é projetado e integrado com uma Abordagem de Código Aberto para encontrar as condições ideais para a Bioprinting 3D.

A busca por um coração bioprintado totalmente funcional!

Nós todos sabemos o quão importante é o coração para a nossa saúde. Uma empresa de tecnologia médica chamada Biolife4D recentemente demonstrou sua capacidade para o 3D Bioprint Human Heart Tissue! Esta é uma conquista notável!

Eles usam células vivas para bioprint estruturas biológicas. Os glóbulos brancos do próprio paciente foram reprogramados para criar células-tronco pluripotentes e células cardíacas, em que o processo levou uma questão de dias para uma geração completa na forma de um adesivo cardíaco.

Atualmente, sua pesquisa envolve o desenvolvimento de partes individuais, como válvulas cardíacas e vasos sanguíneos para o coração. Seu objetivo final no momento é criar um coração bioprintado totalmente funcional.

Procuramos online por seus repositórios de código aberto, mas não conseguimos encontrar nenhum. Esperamos que eles façam parte de sua pesquisa Open Source no futuro, para que mais acadêmicos e pesquisadores possam colaborativamente contribuir para o desenvolvimento de um coração bioprintado 3D totalmente funcional. Tal ação também fortaleceria enormemente iniciativas como a Bioprinting Aberta .

Nanotecnologia Aplicada para Transplante de Órgãos

“O campo da engenharia de tecidos está avançando constantemente, em parte devido aos avanços na tecnologia de prototipagem rápida. Mesmo com foco crescente, a regeneração tecidual complexa e bem-sucedida do osso vascularizado, cartilagem e interface osteocondral permanece amplamente ilusória. Esta revisão examina técnicas de impressão tridimensionais atuais e sua aplicação para a regeneração óssea, cartilaginosa e osteocondral. A importância e o benefício da integração de nanomateriais também são destacados com exemplos recentes publicados. Sucessos iniciais e desafios de estudos recentes são discutidos, com uma perspectiva para pesquisas futuras nas áreas relacionadas. ”

Nowicki, M., Castro, NJ, Rao, R., Plesniak, M., e Zhang, LG (2017). Integrando impressão tridimensional e nanotecnologia para a regeneração musculoesquelética. Nanotecnologia, 28 (38), 382001. doi: 10.1088 / 1361-6528 / aa8351

Em nosso artigo anterior sobre a Open Science, discutimos o tópico sobre nanotecnologia e código aberto em detalhes ao mencionar este artigo em seu resumo. A nanotecnologia e a impressão 3D compartilham uma forte correlação.

Discutimos materiais que são usados ​​para criar objetos 3D através das impressoras. Esses materiais também podem ser projetados em nanoescala.

Como os materiais são projetados a partir da nanoescala de baixo para cima, permitindo três níveis de precisão extremamente necessários, ou seja, nano-micro-macro, agora é possível reter propriedades como força máxima com peso mínimo. Isso significa que agora podemos ajustar a elasticidade, resistência ou dureza de tais objetos impressos em 3D com alta precisão.

Essa precisão extremamente alta é de extrema importância no desenvolvimento de Órgãos Humanos Impressos em 3D, que agora podem realmente possibilitar a salvação de inúmeras vidas. A engenharia de tecidos seria grandemente aumentada e, assim, promoveria a fabricação efetiva de tecido ósseo, cartilaginoso ou osteocondral impresso em 3D.

Isso não é tudo, pois já vimos como outros órgãos vitais são ainda mais significativos.

4. Descoberta de Medicamentos

"As conquistas atuais incluem sistemas multifuncionais de liberação de medicamentos com características de liberação acelerada, formas de dosagem ajustáveis ​​e personalizadas, implantes e fantasmas correspondentes à anatomia específica do paciente, bem como materiais baseados em células para a medicina regenerativa".

Jamróz, W., Szafraniec, J., Kurek, M., & Jachowicz, R. (2018). Impressão 3D em Aplicações Farmacêuticas e Médicas - Conquistas e Desafios Recentes. Pharmaceutical Research, 35 (9). doi: 10.1007 / s11095-018-2454-x

Nós discutimos anteriormente porque o Open Source Pharma é chamado de “Linux for Drugs”. A impressão 3D fortalece essa iniciativa porque permite maior flexibilidade, economia de tempo e fabricação de medicamentos com extrema precisão. Esse método de descoberta de drogas faz uso do método básico de CAD camada-a-camada da Impressão 3D para formular os medicamentos com a dosagem correta.

A FDA aprovou a primeira droga impressa em 3D há alguns anos. O desenvolvimento de medicamentos impressos em 3D aborda os desafios das técnicas de fabricação convencionais em unidades farmacêuticas. A maior vantagem reside na sua capacidade muito melhor de criar fármacos de qualidade em termos de carga de fármaco, libertação de fármaco, estabilidade de fármaco e estabilidade de forma de dosagem farmacêutica, como descrito neste documento de Acesso Aberto com muitos detalhes.

Resumo

Portanto, neste extenso artigo que cobre a impressão 3D, começamos apresentando-lhe brevemente o conceito seguido da compreensão de seu significado com diferentes exemplos de aplicativos.

Mais adiante, nós diferenciamos entre os modelos de impressão 3D proprietários e de código aberto para entender as vantagens do último.

Finalmente, nos concentramos nas Soluções Científicas e Médicas para Bioimpressão de Código Aberto, examinando iniciativas para salvar nossos corais, substituição de dentes com habilidades antibacterianas, Bioprinting com foco em Bioimpressão de Código Aberto e Nanotecnologia Aplicada para Transplante de Órgãos. Em nossa subseção final, também destacamos o papel da impressão 3D na Drug Discovery.

Estas são apenas algumas das muitas aplicações da impressão 3D. Acreditamos que existe a necessidade de os fabricantes proprietários migrarem para modelos de negócios de código aberto que promovam uma melhor aplicabilidade para o nosso planeta.

Quais são seus pontos de vista? Você acha que deveria haver mais esforço no Open Bioprinting e em outras aplicações de impressão 3D? Você já esteve envolvido com a impressão 3D? Por favor, compartilhe seus pensamentos conosco nos comentários abaixo.

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