Här utformas morgondagens mänskliga reservdelar

11 oktober 2021

Cecilia Persson bakom en stor maskin.

– För en mängd forskningsområden är 3D-utskrivning en idealisk teknik, säger materialforskaren Cecilia Persson.

Ålder, skada eller sjukdom – oavsett orsak ökar behovet av behandlingar som kan ersätta ben och andra delar av kroppen. Vid Uppsala universitet använder forskare 3D-skrivare för att utveckla framtidens biomaterial.

– Additiv tillverkning är kul för man kan göra så häftiga grejer och det triggar människor till innovation, säger materialforskaren Cecilia Persson.

Måhända hägrar inte drömmen om evigt liv lika mycket som drömmen om åtminstone en smärtfri kropp. Möjligheten att byta ut väl valda delar som helt eller delvis kärvar är redan ett faktum, och gränserna tänjs alltmer för vilka mänskliga kroppsdelar som kan tillverkas.

De senaste åren har additiv tillverkning eller 3D-utskrivning för vården tagit rejäla kliv framåt. Forskare från bland annat institutionen för materialvetenskap på Ångströmlaboratoriet har stått för ett av de stora genombrotten: ett skallimplantat vars 3D-utskrivna titannät kan trigga benbildning.

Återställa stora bendefekter

Hoppet finns om att utveckla nedbrytningsbara
komponenter som bildar lastbärande ben.
Foto: Mikael Wallerstedt

En annan forskargrupp vid samma institution studerar nu möjligheten att återställa stora bendefekter eller utslitna ryggar med hjälp av 3D-printade komponenter. Dagens varianter är inte nedbrytbara, men hoppet finns om att utveckla nedbrytningsbara komponenter som bildar lastbärande ben. Nyckeln stavas upplösningsbar metall. 

– De nedbrytbara material man studerat främst är antingen polymerer eller keramer, säger Cecilia Persson. Men polymerer har inte tillräckligt hög styvhet, och keramer är för sköra och klarar inte att böjas. Därför vill vi skriva ut metallmaterial som bryts ner över tid.

Tanken är att placera ersättningsdelar av metall där benet degenererat eller skadats. Allteftersom metallen bryts ner växer det kroppsegna benet samman. Utmaningen ligger i att få till den rätta metallsammansättningen.

– De metaller vi tittar på reagerar i vattenlösningar, vilket är anledningen till att vi vill använda dem, säger Cecilia Persson. Men när man skriver ut dem är de typiskt också väldigt benägna att reagera på syret i luften och man får oxider som kan göra det svårt att printa. Så det gäller att kunna kontrollera syrehalten för att kunna printa funktionella material.

Kombinerad 3D-skrivare och -scanner

Till forskarnas hjälp finns nu en kombinerad 3D-skrivare och -scanner som klarar kravlistan. Den imponerande maskinen upptar en stor del av labbet och har en värmeplatta med kapacitet upp till 800 grader Celsius. Jämfört med deras tidigare laserskrivare är denna modell bättre anpassad för forskning, berättar Cecilia Persson. Med fler möjligheter att ändra inställningarna kan forskarna utvärdera avgörande parametrar som resulterar i bäst materialkvalitet, vad gäller exempelvis täthet och mikrostruktur.

Till forskarnas hjälp finns en kombinerad 3D-skrivare och -scanner, som upptar en stor del av labbet och har en värmeplatta med kapacitet upp till 800 grader Celsius. Fr v: Forskningsingenjör Carl Johan Hassila och Cecilia Persson. Foto: Mikael Wallerstedt

– Just nu tittar vi på magnesiumbaserade legeringar med skräddarsydda strukturer för patienten. Fokus ligger först och främst på att få fram rätt materialsammansättning. Sen kan vi göra alltmer komplexa designer och strukturer, säger Cecilia Persson.

Utskrifter av organ- och vävnadslika strukturer

Finns det några gränser för vilka mänskliga kroppsdelar som kan skrivas ut? Svaren kanske finns hos forskarkollegorna inom medicin och farmaci. Deras satsning U-PRINT handlar om att göra 3D-utskrifter av organ- och vävnadslika strukturer med det långsiktiga målet att kunna användas inom regenerativ medicin. Idag får utskrifterna agera träningsmodeller inför kirurgiska ingrepp eller för utvärdering av nya material och läkemedel.    

– U-PRINT kan, åt sjukhuset, printa ut något i plast bara för att visualisera det kroppsliga problemet eller för att visa anhöriga hur en operation ska gå till, säger Cecilia Persson. För en mängd forskningsområden är 3D-utskrivning en idealisk teknik. Det är väldigt spännande hur den hela tiden leder till nya användningssätt.

Additiv tillverkning

Kompetenscentrumet Additiv Tillverkning för Livsvetenskaperna, eller AM4Life, vid Uppsala universitet finansieras av Vinnova och omfattar forskare vid vetenskapsområdena för teknik och naturvetenskap samt medicin och farmaci. I fokus står forskning och utbildning om nya tekniker för 3D-utskrivning, bland annat komplexa strukturer för förbättrade bioprocesser, mer reproducerbara 3D-tumörmodeller och snabbare optimering av medicinering.

Prenumerera på Uppsala universitets nyhetsbrev

Namn
E-postadress
Senast uppdaterad: 2021-05-31