Kas yra biospausdinimas?
Biospausdintos medžiagos gali būti naudojamos pažeistiems organams atstatyti
3D spausdintuvas atspausdina širdį. belekekin / Getty Images.
Biospausdinimas, tam tikra rūšis 3D spausdinimas 3D biologinėms struktūroms gaminti naudoja ląsteles ir kitas biologines medžiagas kaip rašalą. Biospausdintos medžiagos gali atstatyti pažeistus žmogaus kūno organus, ląsteles ir audinius. Ateityje biospausdinimas gali būti naudojamas ištisiems organams kurti nuo nulio, o tai gali pakeisti biospausdinimo sritį.
Medžiagos, kurias galima spausdinti biologiškai
Mokslininkai ištyrė daugelio skirtingų biospausdinimą ląstelių tipai , įskaitant kamienines ląsteles, raumenų ląsteles ir endotelio ląsteles. Keletas veiksnių lemia, ar medžiaga gali būti spausdinama biologiškai. Pirma, biologinės medžiagos turi būti biologiškai suderinamos su medžiagomis, esančiomis rašalu ir pačiu spausdintuvu. Be to, procesui įtakos turi ir mechaninės atspausdintos struktūros savybės, taip pat laikas, per kurį organas ar audinys subręsta.
Bioinkai paprastai skirstomi į vieną iš dviejų tipų:
- Širdies ląstelių plakimas, pumpavimas, sukurtas naudojant 3D spausdintuvą, gali padėti pacientams, sergantiems širdies priepuoliu, Sophie Scott ir Rebecca Armitage, ABC.
- Dababneh, A. ir Ozbolat, I. Biospausdinimo technologija: dabartinė naujausia apžvalga. Gamybos mokslo ir inžinerijos žurnalas , 2014, t. 136, Nr. 6, doi: 10,1115 / 1,4028512.
- Gao, B., Yang, Q., Zhao, X., Jin, G., Ma, Y. ir Xu, F. 4D biospausdinimas biomedicinos reikmėms. Biotechnologijų tendencijos , 2016, t. 34, Nr. 9, p. 746-756, doi: 10.1016/j.tibtech.2016.03.004.
- Hong, N., Yang, G., Lee, J. ir Kim, G. 3D biospausdinimas ir jo in vivo programos. Biomedicininių medžiagų tyrimų žurnalas , 2017, t. 106, Nr. 1, doi: 10.1002/jbm.b.33826.
- Mironovas, V., Boland, T., Trusk, T., Forgacs, G. ir Markwald, P. Organų spausdinimas: kompiuterinė reaktyvinė 3D audinių inžinerija. Biotechnologijų tendencijos , 2003, t. 21, Nr. 4, p. 157-161, doi: 10.1016/S0167-7799(03)00033-7.
- Murphy, S. ir Atala, A. 3D audinių ir organų biospausdinimas. Gamtos biotechnologija , 2014, t. 32, Nr. 8 p. 773-785, doi: 10.1038/nbt.2958.
- Seol, Y., Kang, H., Lee, S., Atala, A. ir Yoo, J. Biospausdinimo technologija ir jos pritaikymai. ' European Journal of Cardio-Thoracic Surgery , 2014, t. 46, Nr. 3, p. 342–348, doi: 10.1093/ejcts/ezu148.
- Sun, W. ir Lal, P. Naujausia kompiuterinės audinių inžinerijos plėtra – apžvalga. Kompiuteriniai metodai ir programos biomedicinoje , t. 67, Nr. 2, p. 85-103, doi: 10.1016/S0169-2607(01)00116-X.
Kaip veikia biospausdinimas
Biospausdinimo procesas turi daug panašumų su 3D spausdinimo procesu. Biologinis spausdinimas paprastai skirstomas į šiuos etapus:
Bioprinterių tipai
Kaip ir kitų tipų 3D spausdinimo atveju, biorašalus galima spausdinti keliais skirtingais būdais. Kiekvienas metodas turi savo privalumų ir trūkumų.
Biospausdinimo taikymas
Kadangi biospausdinimas leidžia tiksliai sukurti biologines struktūras, biomedicinoje ši technika gali būti plačiai naudojama. Tyrėjai naudojo biospausdinimą, kad įveistų ląsteles, kurios padėtų atkurti širdį po širdies priepuolio, taip pat nusodintų ląsteles į sužeistą odą ar kremzlę. Bioprintas buvo naudojamas širdies vožtuvams gaminti, kad būtų galima naudoti pacientams, sergantiems širdies ligomis, kurti raumenų ir kaulų audinius ir padėti atkurti nervus.
Nors reikia nuveikti daugiau, norint nustatyti, kaip šie rezultatai veiktų klinikinėje aplinkoje, tyrimai rodo, kad biospausdinimas gali būti naudojamas audinių regeneracijai operacijos metu arba po sužalojimo. Ateityje biospausdintuvai taip pat leis ištisus organus, pvz., kepenis ar širdis, gaminti nuo nulio ir naudoti persodinant organus.
4D biospausdinimas
Be 3D biospausdinimo, kai kurios grupės taip pat ištyrė 4D biospausdinimą, kuriame atsižvelgiama į ketvirtąją laiko dimensiją. 4D biospausdinimas pagrįstas idėja, kad spausdintos 3D struktūros laikui bėgant gali vystytis net ir po to, kai jos buvo atspausdintos. Taigi struktūros gali pakeisti savo formą ir (arba) funkciją, kai yra veikiamos tinkamo dirgiklio, pavyzdžiui, šilumos. 4D biospausdinimas gali būti naudojamas biomedicinos srityse, pavyzdžiui, kuriant kraujagysles, pasinaudojant kai kurių biologinių konstrukcijų susilankstymu ir riedėjimu.
Ateitis
Nors biospausdinimas ateityje galėtų padėti išgelbėti daugybę gyvybių, daug iššūkių dar reikia išspręsti. Pavyzdžiui, atspausdintos struktūros gali būti silpnos ir negali išlaikyti savo formos po to, kai perkeliamos į atitinkamą kūno vietą. Be to, audiniai ir organai yra sudėtingi, juose yra daug skirtingų tipų ląstelių, išdėstytų labai tiksliai. Dabartinės spausdinimo technologijos gali nepajėgti atkartoti tokios sudėtingos architektūros.
Galiausiai, esami metodai taip pat apsiriboja tam tikromis medžiagomis, ribotu klampumo diapazonu ir ribotu tikslumu. Kiekviena technika gali pakenkti ląstelėms ir kitoms spausdinamoms medžiagoms. Šios problemos bus sprendžiamos tyrėjams ir toliau plėtojant biospausdinimą, kad išspręstų vis sudėtingesnes inžinerijos ir medicinos problemas.