Een traumaslachtoffer wordt naar een eerste hulp gereden, zijn dij zat onder het met bloed doordrenkte verband.

Artsen werken snel om de wond te beoordelen - een grote, diepe scheur; talrijke punctiepunten; vlees ontbreekt; bot gebroken. Zeker een hapje, hoogstwaarschijnlijk van een haai, zoals gemeld door de paramedici die de jonge surfer van het strand hebben vervoerd.

Een verpleegster reageert met een gespecialiseerde scanner die is ontworpen om de wond in kaart te brengen, het genereren van digitale modellen van de ontbrekende spier, bot, haarvaten, pezen en huid. Ze stuurt de scans door naar het 3D-bioprintlab van het ziekenhuis en - terwijl de surfer wordt voorbereid op een operatie - genereert een technicus het weefsel dat zal worden gebruikt om de wond te sluiten.

Terwijl sciencefiction tegenwoordig, Onderzoekers van de Universiteit van Nebraska-Lincoln, waaronder Ali Tamayol en Prahalada Rao, streven ernaar dit scenario te realiseren.

"Vandaag, als je een been verliest, een knie breken of een bot breken, we kunnen vervangende implantaten op maat afdrukken, " zei Rao, universitair docent werktuigbouwkunde en materiaalkunde. "Maar, om functioneel weefsel rond die structuren te vervangen, is nog steeds iets dat alleen op Star Trek gebeurt.

"Ik denk dat het een haalbaar proces is. Het zal gewoon tijd kosten."

Rao en Tamayol benaderen het probleem vanuit verschillende hoeken.

Rao, een recente winnaar van een National Science Foundation CAREER-prijs, werkt aan het perfectioneren van het 3D-printproces. Hij is gefocust op het creëren van nieuwe 3D-printmethoden die keer op keer foutloze onderdelen genereren, van vervangende knieën tot vliegtuigturbines.

tamayol, een assistent-professor werktuigbouwkunde en materiaalkunde, doet onderzoek naar manieren om bio-inkten te maken - 3D-geprinte mengsels van cellen en gel die kunnen worden gebruikt om regeneratieve weefselimplantaten te maken.

In samenwerking met onderzoekers van het MIT en het Massachusetts General Hospital, Tamayol maakte deel uit van een team dat onlangs liet zien hoe bio-inkt doordrenkt met bloedplaatjesrijk plasma de genezing van kleine krasjes kan versnellen.

"Het uiteindelijke doel is om functioneel weefsel te genereren dat kan worden geïmplanteerd om beschadigd weefsel te vervangen of te herstellen, "zei Tamayol. "Hoewel we enige vooruitgang hebben laten zien, we lopen nog steeds tegen een aantal biologische hindernissen aan op het gebied van tissue engineering."

Veel hindernissen zijn gericht op het creëren van noodzakelijke functies in het weefsel zelf - van het tot stand brengen van de stroom van zuurstof en voedingsstoffen door microscopische haarvaten tot het verbinden van zenuwen waardoor spiervezels kunnen reageren. Plus, het aanmaken van vervangend weefsel moet snel worden voltooid, aangezien het in minder dan 30 minuten sterft, tenzij de bloedstroom tot stand is gebracht.

En, terwijl hun werk kan leiden tot processen die snel en betrouwbaar vervangende weefsels kunnen creëren, er blijft de kwestie van afstoting door het lichaam.

"Het ontwikkelen van technieken om de immuunrespons op nieuw biologisch materiaal dat in het lichaam wordt geïntroduceerd te stoppen, is van cruciaal belang voor onze vooruitgang, " Zei Tamayol. "We moeten ook biologische factoren onderzoeken die cellen van het gastlichaam kunnen aangrijpen om weefsel te regenereren."

Een mogelijke oplossing om de immuunrespons te verminderen, is door de eigen cellen en bloedplaatjes van een patiënt te mengen tot bio-inkten - een proces dat veelbelovend was in Tamayol's recente onderzoek.

Op basis van het tempo van de vooruitgang in de industrie, Tamayol en Rao schatten dat gemanipuleerde vervangende weefsels binnen het volgende decennium werkelijkheid zullen worden.

Door Husker geleid onderzoek naar 3D-printen wordt ondersteund door de Nebraska Engineering Additive Technology, of NET, Labs. De ruimte, gevestigd in het Scott Engineering Center, beschikt over vier geavanceerde printers die een verscheidenheid aan materialen kunnen optellen of aftrekken. Nebraska Engineering heeft ook een ultramoderne bioprinter, waarvan later dit jaar een tweede online gaat.

"Tien jaar geleden, er was geen manier waarop we een engine konden printen. Vorig jaar, Space X heeft de SuperDraco uitgebracht, een 3D-geprinte raketmotor, " zei Rao. "Innovatie op dit gebied gaat heel snel. En, door investeringen in apparatuur en nieuwe partnerschappen met de industrie en collega's over de hele wereld, Nebraska is klaar om een ​​leider te worden in de toekomst van 3D-printen."