Projekat III 41017
Virtuelni koštano zglobni sistem čoveka
i njegova primena u pretkliničkoj i kliničkoj praksi
Primena adidivnih tehnologija u
regenerativnoj medicini
Prof. dr Nenad Grujović
FACULTY OF ENGINEERING KRAGUJEVAC
Center for information tehnology
Tel/Fax: +381 34 304 710
e-mail: [email protected]
Web: www.fink.rs/cit
SUBTRAKTIVNO / ADITIVNO
26.12.2012
III 41017 Virtuelni koštano zglobni sistem čoveka i njegova
primena u pretkliničkoj i kliničkoj praksi
2
ODUZMI / DODAJ
MATERIJAL
26.12.2012
III 41017 Virtuelni koštano zglobni sistem čoveka i njegova
primena u pretkliničkoj i kliničkoj praksi
3
Aditivna proizvodnja
• Aditivna proizvodnja je definisana od ASTM
(Američko društvo za testiranje i meterijale)
„proces dobijanja realnog trodimenzionog (3D) modela
deponovanjem materijala, sloj po sloj”.
Primena aditivne proizvodnje u svetu
26.12.2012
III 41017 Virtuelni koštano zglobni sistem čoveka i njegova
primena u pretkliničkoj i kliničkoj praksi
4
Estetska hirurgija
http://kineticengineeringgroup.com/about.html
26.12.2012
III 41017 Virtuelni koštano zglobni sistem čoveka i njegova
primena u pretkliničkoj i kliničkoj praksi
5
Bubreg, ušna školjka, prst
26.12.2012
III 41017 Virtuelni koštano zglobni sistem čoveka i njegova
primena u pretkliničkoj i kliničkoj praksi
6
Stereolitografija
• SLA (engl. Stereolithography)
• RP (engl. Rapid Prototyping) - brza izrada prototipova
• PRETVARANJE VIRTUELNOG 3D MODELA U STVARNI
FIZIČKI PREDMET
26.12.2012
III 41017 Virtuelni koštano zglobni sistem čoveka i njegova
primena u pretkliničkoj i kliničkoj praksi
7
Tehnologija selektivnog laserskog sinterovanja
(engl. Selective Laser Sintering - SLS)
• Slojevi čestica praha slektivno se sinteruju laserom.
• Praškasti materijali: najlon, polikarbonati, livački vosak, kompoziti, keramika .
Princip rada tehnologije selektivnog laserskog sinterovanja
26.12.2012
III 41017 Virtuelni koštano zglobni sistem čoveka i njegova
primena u pretkliničkoj i kliničkoj praksi
8
3D štampa (3DP)
•
•
•
•
•
Institut za tehnologiju, Masačusets(MIT), SAD
Z-corporation
Prvi komercijalni 3D štampač 1997. godine (Z402 sistem).
Vezivanje čestica praha adhezivima
Materijali: prah na bazi skroba, prah na bazi gipsa, prah za izradu
kalupa
26.12.2012
III 41017 Virtuelni koštano zglobni sistem čoveka i njegova
primena u pretkliničkoj i kliničkoj praksi
9
3D štampa (3DP)
26.12.2012
III 41017 Virtuelni koštano zglobni sistem čoveka i njegova
primena u pretkliničkoj i kliničkoj praksi
10
Karakteristike 3D štampača
Model ZPrinter 310
26.12.2012
III 41017 Virtuelni koštano zglobni sistem čoveka i njegova
primena u pretkliničkoj i kliničkoj praksi
11
Modeliranje deponovanjem
istopljenog materijala (FDM)
• FDM (engl. Fused Deposition Modeling- FDM)
• Materijal u obliku tanke žice (niti) dovodi se sa namotaja do
specijalno dizajnirane glave koja ga topi i ekstrudira na radnu
površinu.
Prikaz FDM postupka
26.12.2012
III 41017 Virtuelni koštano zglobni sistem čoveka i njegova
primena u pretkliničkoj i kliničkoj praksi
12
RapMan FDM ekstruder
• RapMan predstavlja CNC (eng. Computer Numerical Control)
mašinu baziranu na postupku ekstrudovanja plastike u
prostoru.
Materijal
Potisni mehanizam
materijala
Ekstruder
X-Y osa
Platforma
Sloj
Grejač
Z osa
Postupak štampanja jednog sloja na RapMan mašini
26.12.2012
III 41017 Virtuelni koštano zglobni sistem čoveka i njegova
primena u pretkliničkoj i kliničkoj praksi
13
RapMan FDM ekstruder
Postupak 3D štampe
BitsFromBytes RapMan
Centar za informacione tehnologije
Fakultet inženjerskih nauka u Kragujevcu
Primeri izrađenih delova
Vakuumsko livenje
VC (engl. Vacuum Casting)
• Ekstremno visoka rezolucija i kvalitet odlivaka
• Niska cena za pojedinačne odlivke
Izrada silikonskog kalupa i livenje prototipa
26.12.2012
III 41017 Virtuelni koštano zglobni sistem čoveka i njegova
primena u pretkliničkoj i kliničkoj praksi
15
Postupak livenja u kalupu od
silikonske gume
26.12.2012
III 41017 Virtuelni koštano zglobni sistem čoveka i njegova
primena u pretkliničkoj i kliničkoj praksi
16
Postupak livenja u kalupu od
silikonske gume
26.12.2012
III 41017 Virtuelni koštano zglobni sistem čoveka i njegova
primena u pretkliničkoj i kliničkoj praksi
17
Postupak livenja u kalupu od
silikonske gume
26.12.2012
III 41017 Virtuelni koštano zglobni sistem čoveka i njegova
primena u pretkliničkoj i kliničkoj praksi
18
Aditivna proizvodnja u medicini
• 2002 godine profesor Makoto Nakamura, zaključuje
da su kapljice mastila standardnih ink-jet štampača
otprilike iste veličine kao i ljudske ćelije.
• Organovo i prof. Dr Gabor Forgac sа Univerzitеtа
Misuri, u mаrtu 2008 uspevaju da uz pomoć bio
štampača izrade funkcionalne krvne sudove i srčano
tkivo uz pomoć ćelija dobijenih iz piletine.
Bio štampač - Prof. dr Makoto Nakamura
Tehnologija ovog štampača je vrlo jednostavna i bazira se na
tehnologiji „običnog“ ink-jet štampača, razlika je u tome što umesto
mastila ovaj štamač koristi hiljade živih ćelija u sekundi.
Bio štampači
Prof. dr Anthony Atala
3D BIO PRINTER company ORGANOVO
and Gabor Forgach
NovoGenMMX Bioprinter™
Bio štampači
• Ovi veštački konstruktori tkiva koriste tehniku sloj na sloj živih
ćelija.
• Bio štampači mogli bi da izazovu revoluciju medicinske nauke
kao nova industrijskih tehnika.
Bio štampač – futuristička vizija
Podloge (engl. Scaffold)
Ćelije se često implantiraju kao "zasejane" na veštačkoj strukturi koja
je sposobna da podrži formiranje trodimenzionalnih tkiva.
Podloga ima za cilj da:
• Dozvoli povezanost ćelija i njihovu migraciju
• Dostavi i zadrži ćelije i biohemijske faktore
• Omogućava širenje ćelija vitalnim hranljivim materijama
• Vrši određene mehaničke i biološke uticaje
PLC skafold
Proces tkivnog inženjeringa
Regenerativna medicina
Princip inženjeringa tkiva
Primena materijala u bio inženjeringu
• U poslednje dve decenije upotreba biorazgradivih
polimera beleži rast.
Skraćenica
Ime
PLA
Poli (l-laktid)
PGA
Poli (glikol)
DLPLA
Poli(d,l-laktid)
PDO
Poli(dioxanon)
DLLPLA
Poli(d,l-laktid-ko-l-laktid)
DLPLG
Poli(d,l-laktid-ko-glikolid)
PGA-TMC
LPLG
Poli(glikolid-kotrimetilenkarbonat)
Poli(l-laktid-ko-glikolid)
PCL
Poli(ε-kaprolakton)
PLA
• Krajnji produkti razgradnje PLA nesmetano se
uključuju u metabolizam tkiva, dajući pri tome
netoksične produkte.
Primer primene PLA materijala
Primena PLA – Rap Man
[email protected] štampаč
[email protected] 3D štampač razvijen na Cornell univerzitetu,
predstavlja nov način 3D štampanja koje se odlikuje u
preciznom deponovanju materijala kap po kap ili sloj po
sloj. 3D štampač koji može da štampa objekte od plastike,
tečnih materijala kao što su silikon, čokolada, gelovi...
3D model bio-extruder-a
(razvijeno u CIT, FIN Kragujevac)
Sklop bio-ekstrudera
Izrada 3D modela razvijenim bio –
ekstruderom
Štampanje gelom
(zubna pasta)
Štampanje modela glinom - keramika
MakerBot štampač
Kućni-školski 3D štampač.
Lakoća korišćenja kao i niska cena.
Arcam EBM
Vrhunska mašina za aditivnu proizvodnju
implantata u ortopedskoj industriji primenom
topljenjem električnim lukom. Materijali:
•Titanijum
•Nerđajući čelik
•Alatni čelik
•Aluminijum
•Teški metali
•Koper
•Berilijum
•Amorfni metali
•Niobium
3D – Bioplotter Envisiontec
Envisiontec bio-štampač može da štampa uz primenu širokog spektra
biomaterijala: biorazgradive keramike i polimeri koji se mogu koristiti
kao za oblikovanje veštačkih organa.
Primena 3D štampača u
bioinženjeringu
26.12.2012
III 41017 Virtuelni koštano zglobni sistem čoveka i njegova
primena u pretkliničkoj i kliničkoj praksi
37
Primena aditivne proizvodnje
STERNUM
Model napravljen na
osnovu CT scan-a
Rendgenski snimak
Hirurški zahvat
Na osnovu modela
napravljen kalup i
popunjava se
medicinskim
materijalom
Primena 3D štampača u
bioinženjeringu
26.12.2012
III 41017 Virtuelni koštano zglobni sistem čoveka i njegova
primena u pretkliničkoj i kliničkoj praksi
39
Primena aditivne proizvodnje
PRŠLJEN
 Softver za 3D modeliranje
 Format podržan od CAM softvera (STL) , konverzija u tzv. G-kod
(program za CNC mašine)
 3D štampanje
STL model
Netfabb Studio basic
3D model
3D štampanje
Primena aditivne proizvodnje
EGZOSKELETNA PROTEZA
Proteze za pomoć pacijentima
sa nedovoljno razvijenim rukama
Zglobno povezani štapovi sa
elastičnim gumenim elementima.
Prilagođavanje individualnim
potrebama pacijenata
Laki elementi od ABS plastike (u
poređenju sa metalom)
http://www.stratasys.com/Resources/CaseStudies/Medical-FDM-Technology-CaseStudies/Nemours.aspx
26.12.2012
III 41017 Virtuelni koštano zglobni sistem čoveka i njegova
primena u pretkliničkoj i kliničkoj praksi
41
Primena aditivne proizvodnje
SCAFFOLD
Bioreactor
3D model podloge
PLA podloga (proizvedeno u CIT, FIN Kragujevac)
Linkovi
Bioprinter
http://www.youtube.com/watch?v=80DhBLEhdzk
http://www.youtube.com/watch?v=1O3c3pUg0L8&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=lfqxbwbjw00&feature=related
Operacije
http://www.youtube.com/watch?v=1SoMr5Wu8Es&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=0QJh0yc2mAI&feature=related
Anthony Atalla
http://www.ted.com/talks/anthony_atala_growing_organs_engineering_tissue.html
Budućnost BIOPRINTINGA
http://www.youtube.com/watch?v=9D749wZSlb0
http://www.youtube.com/watch?v=1O3c3pUg0L8
http://explainingthefuture.com/bioprinting.html
26.12.2012
III 41017 Virtuelni koštano zglobni sistem čoveka i njegova
primena u pretkliničkoj i kliničkoj praksi
43
26.12.2012
III 41017 Virtuelni koštano zglobni sistem čoveka i njegova
primena u pretkliničkoj i kliničkoj praksi
44
Download

Nenad Grujovic.pdf