Impresión 3D de código abierto: exploración de soluciones científicas y médicas

La impresión 3D no es algo nuevo para escuchar. Es una industria muy popular en este momento que comenzó a principios de los años 80. Pero, ¿en qué se diferencia la impresión 3D de código abierto de los diseños patentados? ¿Cómo afecta esto a sus aplicaciones en la Ciencia y la Medicina? Sigamos leyendo.

¿De qué se trata la impresión 3D?

Al igual que una impresora de computadora convencional se usa para imprimir en papel en 2D, el trabajo de una impresora 3D es crear objetos tridimensionales reales, solidificados a partir de un archivo 3D digital, con la ayuda de una computadora, por supuesto. Usan diferentes procesos agregando materiales capa por capa en la mayoría de los métodos.

Los materiales pueden estar en forma líquida o en polvo destinados a fusionarse, para servir como material de entrada para la impresora 3D, al igual que las impresoras 2D de inyección de tinta requieren cartuchos de tinta. Los objetos que se crean pueden tener casi cualquier forma geométrica.

Un término más industrial para la impresión 3D es Fabricación aditiva .

¿Por qué es tan útil la impresión 3D?

La impresión 3D tiene aplicaciones ilimitadas debido a que es tan popular. Analicemos brevemente algunas de estas aplicaciones, aunque nuestro enfoque principal estará en las aplicaciones médicas y de ciencias aplicadas.

1. Creación rápida de prototipos

En la impresión 3D, la creación rápida de prototipos es un proceso en el que se pueden fabricar rápidamente piezas más pequeñas de un dispositivo más grande para mejorar la productividad, con la ayuda de 3D. CANALLA . Esta es una excelente manera de probar la usabilidad de los prototipos para los estándares de la industria, de ahí el término.

2. Vehículos

Existe una amplia variedad de procesos de fabricación impresos en 3D para la aviación, la automoción, la industria aeroespacial, la construcción naval y más.

3. Medio ambiente

Estructuras de coral impresas en 3D ahora se están desarrollando para salvar nuestros moribundos arrecifes de coral.

4. Construcción

Ahora se pueden crear partes de edificios completos con la impresión 3D que se pueden volver a ensamblar más tarde para la construcción de varias arquitecturas. Ahora puedes imprimir tu casa en 3D en menos de un día !

5. Odontología

¿Sabías que incluso los dientes se pueden imprimir en 3D? ¡Piense en la precisión con la que pueden diseñarse para reemplazar o reparar los dientes!

6. Gadgets y herramientas

Incluso puede imprimir en 3D su propio personalizado artilugios y herramientas ¡para uso personal!

7. Órganos

Sí, es correcto, la investigación de impresión 3D ahora ha progresado tanto que ahora también es posible recrear órganos humanos listos para un trasplante de pacientes que tienen hígado, riñón, corazón, pulmones o cualquier otro órgano vital que está dañado más allá “reparar”.

Ahora que hemos visto algunas de las diversas aplicaciones, reflexionemos sobre cuál de los siguientes dos enfoques es más adecuado para ellas:

Impresión 3D patentada (código cerrado)

La impresión 3D patentada, como sugiere la frase, utiliza software propietario que no permite el acceso al código fuente para el desarrollo de toda la comunidad. Cualquier cambio realizado en el hardware también anulará la garantía si posee una impresora 3D propietaria. Si necesita cambiar la forma en que funciona la impresora para personalizarla según sus requisitos específicos, se le impiden varios de estos problemas.

Si se siguen estas reglas para cualquiera de las aplicaciones de impresión 3D que analizamos en la sección anterior, se vuelve realmente difícil concentrarse en los objetivos reales del proyecto.

La impresión 3D patentada puede ser realmente costosa, no solo en términos de dinero, sino también si considera el tiempo, que también es muy valioso al trabajar en un proyecto de impresión 3D.

Impresión 3D de código abierto

La impresión 3D de código abierto elimina todos los problemas que acabamos de discutir en la sección de propiedad. No solo reduce los costos, sino que permite una innovación más sencilla para resolver los problemas que se enfrentan durante la fabricación en 3D.

Aparentemente, la frase “Impresión 3D de código abierto” también está ganando popularidad, como es evidente con una simple búsqueda en línea.

Ahora es posible que los usuarios ir de código abierto lo que permite reducir en gran medida el tiempo de producción y los costos de fabricación.

Ejemplos de ciencias aplicadas y soluciones médicas logradas con impresión 3D de código abierto

Pensamos en cuál de estas muchas aplicaciones es más importante para mejorar y mantener radicalmente la calidad de nuestra vida y nuestro planeta, y por lo tanto, decidimos explorar específicamente las soluciones científicas y médicas para hacer precisamente eso.

Entonces, en esta sección final y más importante, seleccionemos aplicaciones relacionadas que acabamos de discutir y veamos algunos ejemplos en detalle donde creemos que el enfoque de código abierto es más necesario:

1. Salvar nuestros arrecifes de coral

Arrecifes de coral impresos en 3D desarrollados por Reef Design Lab

Los arrecifes de coral son un extremadamente importante parte de la biodiversidad de nuestro planeta y son moribundo .

Los arrecifes de coral impresos en 3D son ahora una iniciativa muy prometedora para ayudar a restaurarlos. Laboratorio de diseño de arrecifes lo ha hecho recientemente posible para sustentar la vida coralina. El diseño de los modelos 3D que intervienen en el proyecto será Open Source para que los investigadores que quieran contribuir en el mismo puedan participar activamente.

2. Reemplazo de dientes

¿Dientes impresos en 3D? ¡Sí, esa es una posibilidad definitiva hoy! También hay una mejora interesante en el diseño: ¡Estos dientes están diseñados con un material que es de naturaleza antibacteriana! ¡Esto hace posible matar las bacterias responsables de la caries dental al contacto de los alimentos que mastica!

3. Bioimpresión

Una bioimpresora 3D es un dispositivo que requiere “ tinta biológica ” para ser utilizado como material para la impresión 3D de tejido de bioingeniería.

El siguiente video corto describe el proceso de bioimpresión de un oído humano. ¡Observe cómo no usan plástico o caucho sino tejido vivo como biomaterial!

La iniciativa de bioimpresión abierta

Como aprendimos que la ingeniería de tejidos está impulsada en gran medida por la tecnología de impresión 3D, también debemos considerar que cada paciente es diferente, por lo que es necesaria una plataforma abierta que permita la fabricación personalizada para la generación de tejidos y órganos.

Un sistema abierto que permita una impresión tan personalizada de biomateriales de naturaleza diversa hará que sea mucho más fácil realizar investigaciones en ingeniería de tejidos.

La iniciativa de bioimpresión abierta fue un paso que aborda este mismo objetivo principal. El documento relacionado no es de acceso abierto. Pero con fines educativos, se ha puesto a disposición en su GitHub repositorio denominado Papeles.

El documento muestra cómo un sistema de bioimpresión 3D multicanal de código abierto es importante tanto en términos de hardware como de software. También menciona la rentabilidad porque el sistema está diseñado e integrado con un enfoque de código abierto para encontrar las condiciones óptimas para la bioimpresión 3D.

¡La búsqueda de un corazón bioimpreso totalmente funcional!

Todos sabemos lo importante que es el corazón para nuestra salud. Una empresa de tecnología médica llamada Biolife4D hace poco demostrado ¡su capacidad para bioimprimir tejido cardíaco humano en 3D! ¡Este es un logro notable!

Utilizan células vivas para bioimprimir estructuras biológicas. Los propios glóbulos blancos del paciente fueron reprogramado crear pluripotente células madre y células cardíacas, en las que el proceso tomó unos días para una generación completa en forma de parche cardíaco.

Actualmente, su investigación involucra el desarrollo de partes individuales como válvulas cardíacas y vasos sanguíneos para el corazón. Su objetivo final en este momento es crear un corazón bioimpreso completamente funcional.

Buscamos en línea sus repositorios de código abierto, pero no pudimos encontrar ninguno. Esperamos que hagan parte de su investigación de código abierto en el futuro para que más académicos e investigadores puedan colaborar en el desarrollo de un corazón bioimpreso en 3D completamente funcional. Tal acción también potenciaría en gran medida iniciativas como Open Bioprinting.

Nanotecnología aplicada al trasplante de órganos

“El campo de la ingeniería de tejidos avanza constantemente, en parte debido a los avances en la tecnología de creación rápida de prototipos. Incluso con un enfoque cada vez mayor, la regeneración exitosa de tejido complejo de hueso vascularizado, cartílago y la interfaz osteocondral sigue siendo en gran medida ilusoria. Esta revisión examina las técnicas actuales de impresión tridimensional y su aplicación para la regeneración ósea, cartilaginosa y osteocondral. La importancia y el beneficio de la integración de nanomateriales también se destaca con ejemplos publicados recientemente. Se discuten los éxitos iniciales y los desafíos de los estudios recientes, con una perspectiva para futuras investigaciones en las áreas relacionadas”.

Nowicki, M., Castro, Nueva Jersey, Rao, R., Plesniak, M. y Zhang, LG (2017). Integrando impresión tridimensional y nanotecnología para la regeneración musculoesquelética. Nanotecnología, 28(38), 382001. doi: 10.1088/1361-6528/aa8351

En nuestro artículo anterior de Open Science, discutimos el tema de la nanotecnología y el código abierto en detalle mientras mencionamos este artículo en su resumen. La nanotecnología y la impresión 3D comparten un fuerte correlación .

Hablamos de los materiales que se utilizan para crear objetos 3D a través de las impresoras. Estos materiales también se pueden diseñar en el nanoescala .

Dado que los materiales están diseñados desde la nanoescala de abajo hacia arriba, lo que permite tres niveles de precisión extremadamente necesarios, es decir, nano-micro-macro, ahora es posible conservar propiedades como la máxima resistencia con el mínimo peso. Esto significa que ahora podemos ajustar la elasticidad, la fuerza o la dureza de dichos objetos impresos en 3D con gran precisión.

Una precisión tan extremadamente alta es de suma importancia en el desarrollo de órganos humanos impresos en 3D, que ahora pueden salvar innumerables vidas. La ingeniería de tejidos se mejoraría enormemente y, por lo tanto, promovería la fabricación efectiva de hueso impreso en 3D, cartílago o osteocondral tejido.

Eso no es todo, pues ya hemos visto como otros órganos vitales son aún más significativos.

4. Descubrimiento de drogas

“Los logros actuales incluyen sistemas de administración de fármacos multifuncionales con característica de liberación acelerada, formas de dosificación ajustables y personalizadas, implantes y fantasmas correspondientes a la anatomía específica del paciente, así como materiales basados ​​en células para la medicina regenerativa”.

Jamróz, W., Szafraniec, J., Kurek, M. y Jachowicz, R. (2018). Impresión 3D en aplicaciones farmacéuticas y médicas: logros y desafíos recientes. Investigación Farmacéutica, 35(9). hacer: 10.1007/s11095-018-2454-x

Anteriormente discutimos por qué se dice que Open Source Pharma es “Linux para medicamentos”. La impresión 3D fortalece esa iniciativa porque permite mayor flexibilidad, ahorro de tiempo y fabricación de medicamentos con extrema precisión. Dicho método de descubrimiento de fármacos utiliza el método básico de CAD capa por capa de la impresión 3D para formular materiales farmacológicos con la dosis correcta.

los FDA aprobó el primer fármaco impreso en 3D hace algunos años. El desarrollo de fármacos impresos en 3D aborda los desafíos de las técnicas de fabricación convencionales en las unidades farmacéuticas. La mayor ventaja radica en su capacidad mucho mejor para crear medicamentos de calidad en términos de carga de medicamentos, liberación de medicamentos, estabilidad de los medicamentos y estabilidad de la forma de dosificación farmacéutica, como se describe en este documento de acceso abierto. papel con mucho detalle

Resumen

Entonces, en este extenso artículo que cubre la impresión 3D, comenzamos presentándole brevemente el concepto seguido de comprender su significado con diferentes ejemplos de aplicaciones.

Más adelante, diferenciamos entre modelos de impresión 3D patentados y de código abierto para comprender las ventajas de estos últimos.

Finalmente, nos enfocamos en las soluciones científicas y médicas para bioimpresión de código abierto al buscar iniciativas para salvar nuestros corales, reemplazo de dientes con habilidades antibacterianas, bioimpresión con enfoque en bioimpresión de código abierto y nanotecnología aplicada para trasplante de órganos. En nuestra subsección final, también destacamos el papel de la impresión 3D en el descubrimiento de fármacos.

Estas son solo algunas de las muchas aplicaciones de la impresión 3D. Creemos que existe la necesidad de que los fabricantes propietarios migren hacia modelos comerciales de código abierto que promuevan una mejor aplicabilidad para nuestro planeta.

¿Cuáles son tus puntos de vista? ¿Cree que debería haber más esfuerzo en bioimpresión abierta y otras aplicaciones de impresión 3D? ¿Alguna vez ha estado involucrado con la impresión 3D? Por favor, comparta sus pensamientos con nosotros en los comentarios a continuación.


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