Замена больного органа донорским иногда является единственным возможным способом спасти жизнь некоторым пациентам. Однако в пересадке донорских органов нуждаются очень многие люди, в то время как доноров слишком мало. Из-за этого формируются длинные списки ожидания, и не всем удается получить вовремя жизненно важный орган. В связи с этим ученые активно изучают возможность использования 3D-биопечати для изготовления отдельных частей органов. Долгое время попытки создать достаточно сложные структуры ни с помощью послойной, ни с помощью объемной печати не имели успеха. Но специалисты из Утрехтского университета предложили улучшить технологию, интегрировав компьютерное зрение и искусственный интеллект (ИИ).
Основная трудность обычной 3D-печати заключается в том, что она начинается с разработки модели детали пользователем, а затем принтер просто воспроизводит эту модель. При этом устройство не проводит анализа состава или характеристик окружающей среды, что критически важно при создании биологических тканей и органов. Например, очень важно создать сеть кровеносных сосудов, которые обеспечивали бы напечатанные ткани и органы питательными веществами и кислородом. В настоящее время технологии печати не могут полностью воспроизвести этот процесс, так как клетки случайно или неравномерно распределены внутри напечатанного гидрогеля.
Для создания биологических тканей и органов используются специальные биочернила с гидрогелем. Для более точного понимания, где должны располагаться кровеносные сосуды, необходимо точное понимание расположения клеток светочувствительного гидрогеля. Именно поэтому исследователи добавили в систему световой модуль визуализации, состоящий из трех диодных лазеров мощностью 40-50 мВт, работающих на длинах волн 450 нм (синий), 532 нм (зеленый) и 650 нм (красный). Полученные данные преобразуются в 3D-изображения и уже анализируются с помощью ИИ для создания желаемой конструкции. Также визуализация и ИИ помогают при необходимости доработки уже напечатанной детали. Например, если на костную ткань необходимо добавить потом уже слой хряща.
Новый метод печати уже применили для создания бедренных костей с последующим дополнительным нанесением хрящевой ткани вокруг головки бедренной кости. Однако широкое применение этой разработки в медицине пока затруднено.
В частности, остается неразрешенной задача создания биоматериала, имитирующего масштаб реальных тканей организма. Требуется разработка специализированного оборудования, такого как мобильные резервуары, подходящие для работы с крупногабаритными структурами. Кроме того, требуются дальнейшие исследования, чтобы понять особенности функционирования выращенных органов и тканей.