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

22 de outubro de 2018

Impressão 3D não é uma coisa nova para se ouvir. É uma indústria muito popular agora, que começou no início dos anos 80. Mas quão diferente é o Open Source 3D Printing dos designs proprietários? Como isso afeta suas aplicações em ciência e medicina? Vamos continuar lendo.

O que é impressão 3D?

Assim como uma impressora convencional de computador é usada para imprimir em 2D no 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 processos diferentes adicionando materiais camada por camada na maioria dos métodos.

Os materiais podem ser líquidos ou em pó destinados a serem fundidos, para servir como material de entrada para a impressora 3D, assim como as impressoras 2D a jato de tinta exigem cartuchos de tinta. Os objetos criados podem ter quase todas as formas geométricas.

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

Por que a impressão 3D é tão útil?

Impressão 3D Impressão 3D A impressão 3D tem aplicações ilimitadas devido às quais é tão popular. Vejamos brevemente algumas dessas aplicações, embora nosso foco principal seja em Ciências Aplicadas e Aplicações Médicas.

1. Prototipagem Rápida

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

2. Veículos

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

3. Meio Ambiente

Estruturas de coral impressas em 3D agora 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 remontadas posteriormente para a construção de várias arquiteturas. Agora você pode imprimir sua casa em 3D em menos de um dia!

5. Odontologia

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

6. Gadgets e ferramentas

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

7. Órgãos

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

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

Impressão 3D proprietária (código fechado)

Impressão 3D proprietária, como a frase sugere, usa software proprietário que não permite acesso ao código-fonte para desenvolvimento em toda a comunidade. Quaisquer alterações feitas no hardware também invalidarão sua garantia se você possuir uma impressora 3D proprietária. Se precisar alterar a maneira como a impressora funciona para personalizá-la de acordo com suas necessidades específicas, você será barrado por vários desses problemas.

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

A impressão 3D proprietária pode ser muito cara, não apenas em termos de dinheiro, mas também se você levar em consideração o tempo, que também é muito valioso ao se 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 de proprietários. Além de reduzir custos, permite inovação mais fácil para resolver problemas enfrentados durante a fabricação 3D.

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

Agora é possível que os usuários mudem completamente para o código aberto (https://opensource.com/article/17/5/open-source-3d-printing-filament), o que torna possível uma grande redução do tempo de produção e dos custos de fabricação!

Exemplos de ciência aplicada e soluções médicas obtidas com impressão 3D de código aberto

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

Portanto, nesta seção final e mais importante, vamos escolher os aplicativos relacionados que acabamos de discutir e examinar alguns exemplos em detalhes em que achamos que a Abordagem de Código Aberto é mais necessária:

1. Salvando Nossos Recifes de Coral

Recifes de corais impressos em 3D desenvolvidos por Reef Design Lab Recifes de corais impressos em 3D desenvolvidos por Reef Design Lab Recifes de corais impressos em 3D desenvolvidos por Reef Design Lab Recifes de corais são extremamente importantes parte da biodiversidade do nosso planeta e eles estão morrendo.

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

2. Substituição de dentes

Dentes impressos em 3D? Sim, essa é uma possibilidade definitiva hoje! Há também uma melhoria interessante no design: esses dentes são projetados com material de natureza antibacteriana! Isso torna possível matar as bactérias responsáveis pela cárie dentária em contato com o alimento que você mastiga!

3. Biimpressão

Um 3D Bioprinter é um dispositivo que requer bio-tinta para ser usado como material para impressão 3D de tecido de bioengenharia.

O vídeo a seguir descreve o processo de biimpressão de um ouvido humano. Observe como eles não usam plástico ou borracha, mas tecido vivo como biomaterial!

The Open Bioprinting Initiative

Como aprendemos que a Engenharia de Tecidos é fortemente impulsionada pela tecnologia de Impressão 3D, devemos também considerar que cada paciente é diferente e, portanto, é necessária uma plataforma aberta que permita a fabricação customizada para a geração de tecidos e órgãos.

Um sistema aberto que permite a impressão personalizada de biomateriais de natureza diversa tornará muito mais fácil realizar pesquisas em Engenharia de Tecidos.

The Open Bioprinting Initiative foi uma etapa que aborda esse mesmo objetivo principal. O documento relacionado não é Acesso aberto. Mas para fins educacionais, ele foi disponibilizado em seu GitHub repositório chamado Papers .

O artigo mostra como um sistema de bioprinting 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 Biimpressão 3D.

A busca por um coração bioprintado totalmente funcional!

Todos nós sabemos a importância do coração para a nossa saúde. Uma empresa de tecnologia médica chamada Biolife4D recentemente demonstrou sua capacidade de bioprintar tecido cardíaco humano em 3D! Esta é uma conquista notável!

Eles usam células vivas para bioprintar estruturas biológicas. Os leucócitos do próprio paciente foram reprogramados para criar células-tronco pluripotentes e células cardíacas, em que o processo demorou alguns 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 bioprinted totalmente funcional.

Procuramos online por seus repositórios de código aberto, mas não conseguimos encontrar nenhum. Esperamos que eles tornem algumas de suas pesquisas Open Source no futuro, para que mais acadêmicos e pesquisadores possam colaborar com o desenvolvimento de um Coração Bioprintado 3D totalmente funcional. Tal ação também fortaleceria muito iniciativas como a Bioprinting aberta .

Nanotecnologia Aplicada ao Transplante de Órgãos

O campo da engenharia de tecidos está avançando constantemente, em parte devido aos avanços na tecnologia de prototipagem rápida. Mesmo com o aumento do foco, a regeneração de tecido complexo bem-sucedida de osso vascularizado, cartilagem e interface osteocondral permanece amplamente ilusória. Esta revisão examina as técnicas atuais de impressão tridimensional e sua aplicação na regeneração óssea, cartilaginosa e osteocondral. A importância e o benefício da integração de nanomateriais também são destacados com exemplos publicados recentemente. Os sucessos e desafios iniciais de estudos recentes são discutidos, com uma perspectiva de pesquisas futuras nas áreas relacionadas. Nowicki, M., Castro, N. J., Rao, R., Plesniak, M., & Zhang, L. G. (2017). Integrando impressão tridimensional e nanotecnologia para regeneração musculoesquelética. Nanotecnologia, 28 (38), 382001. doi: 10.1088/1361-6528/aa8351 Em nosso artigo anterior de Open Science, discutimos o nanotecnologia e tópico de código aberto em detalhes enquanto mencionando este artigo em seu resumo. Nanotecnologia e impressão 3D compartilham uma forte correlação.

Discutimos os materiais usados para criar objetos 3D por meio das impressoras. Esses materiais também podem ser projetados em nanoescala.

Uma vez que os materiais são projetados em nanoescala ascendente, 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 tornar possível salvar inúmeras vidas. A Engenharia de Tecidos seria bastante aprimorada e, assim, promoveria a fabricação eficaz de osso impresso em 3D, cartilagem ou osteocondral tecido.

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

4. Descoberta de drogas

As conquistas atuais incluem sistemas de entrega de medicamentos multifuncionais com características de liberação acelerada, formas de dosagem ajustáveis e personalizadas, implantes e fantomas correspondentes à anatomia específica do paciente, bem como materiais baseados em células para 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 anteriormente discutimos por que a Open Source Pharma é considerada Linux para Drogas. A Impressão 3D fortalece essa iniciativa, pois permite maior flexibilidade, economia de tempo e fabricação de medicamentos com extrema precisão. Tal método de descoberta de drogas faz uso do método básico de impressão 3D de CAD camada por camada, a fim de formular materiais de drogas com a dosagem correta.

O FDA aprovou o primeiro medicamento impresso em 3D há alguns anos. 3D Printed Drug Development aborda os desafios das técnicas convencionais de fabricação em unidades farmacêuticas. A maior vantagem reside em sua capacidade muito melhor de criar medicamentos de qualidade em termos de carregamento de medicamento, liberação de medicamento, estabilidade de medicamento e estabilidade de forma de dosagem farmacêutica, conforme descrito neste Open Access artigo em muitos detalhes.

Resumo

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

Mais à frente, diferenciamos entre Modelos de Impressão 3D Proprietários e Open Source para entender as vantagens do último.

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

Essas são apenas algumas das muitas aplicações da impressão 3D. Acreditamos que há uma necessidade de fabricantes proprietários migrarem para modelos de negócios de código aberto que promovam uma melhor aplicabilidade em nosso planeta.

Quais são suas opiniões? Você acha que deveria haver mais esforço em Open Bioprinting e outros aplicativos de impressão 3D? Você já se envolveu com impressão 3D? Por favor, compartilhe suas idéias conosco nos comentários abaixo.

Confira também a versão original desse post em inglês
Esse post foi originalmente escrito por Avimanyu Bandyopadhyay e publicado no site itsfoss.com. Tradução sujeita a revisão.

Open Source 3D Printing: Exploring Scientific and Medical Solutions

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