Bioprinterid on eriline 3D-printeri tüüp. Arvutikontrollitud koetehnoloogia põhjal saavad nad toota kudesid või biokihte. Tulevikus peaks nende abiga olema võimalik toota elundeid ja kunstlikke elusolendeid.
Mis on bioprint?
Bioprinterid on eriline 3D-printeri tüüp. Bioprinterid on tehnilised seadmed bioloogiliste kudede ja elundite kolmes mõõtmes printimiseks, viies need elusrakkudesse. See 3D-printimise valdkond on alles eksperimentaalses staadiumis ja seda uuritakse peamiselt ülikoolide teadusuuringutes. Eesmärk on luua võimalus funktsionaalsete asenduskudede ja -organite tootmiseks, mida saab kasutada meditsiinilises ravis. Biotrüki tegevussõna nimetatakse biotrükiks. Bioprint algab sihtkoe või -organi põhikoostisest. Bioprint kasutatakse eranditult laborikeskkonnas. Spetsiaalne 3D-printer salvestab ja moodustab printimise kaudu õhukesed kihid rakke juhataja tulemusena. Selleks tuleb juhataja bioprinter liigub vasakule, paremale, üles või alla. Bioprinterid kasutavad orgaaniliste materjalide ehitamiseks biotinti või biotöötlusprotokolle. Need on elusorganismide rakkudega biopolümeerid ja hüdrogeelid, mis sisaldavad kuni 90% vesi. Voolu omadus tuleb täpselt välja arvutada. Ühelt poolt mass peab olema piisavalt vedel, et süstalde nõelad ei ummistuks, ja teisest küljest peavad need olema piisavalt tugevad, et sihtmärgi struktuur oleks vastupidav. Bioprintimise muud kasutusalad on siirdamine, kirurgiline ravi, koetehnika ja rekonstruktiivkirurgia.
Vormid, tüübid ja liigid
Praegu kasutatakse bioprintereid kaubanduses väga juhuslikult. Kuna bioprint on arengujärgus, ei ole küpsed bioprinterite liigid või tüübid praegu kontrollitud. Põhimõtteliselt võib bioprintimiseks siiski kasutada kõiki 3D-printereid. Selleks üldkasutatav PVC pulber tuleb asendada vastavate lahtritega. Samuti katsetatakse protsesse, mille abil on võimalik tavalistest tindiprinteritest välja töötada bioprinterid. Biotindile tuleb esitada kõrged nõudmised. Näiteks peab iga aine, mida kasutatakse kliinilistel eesmärkidel, vastama rangetele rahvusvahelistele spetsifikatsioonidele. Enne bioprintimisel kasutamist tuleb selliseid aineid aastaid testida.
Struktuur ja töörežiim
Bioprinteri tööviis on väga sarnane tavalise 3D-printeri tööpõhimõttega. Hallitusseened ehitatakse ekstruuderi abil. Siiski pole PVC-d pulber kasutatakse tavaliste 3D-printerite puhul, kuid tavaliselt alginaadil põhinevat polümeergeeli. Praegused bioprinterid, mida praktikas kasutatakse juhuslikult, toodavad tilku, millest igaüks sisaldab 10,000 30,000 kuni 3 XNUMX üksikut rakku. Nende üksikute rakkude organisatsioon, mis põhineb asjakohastel kasvufaktoritel, peaks kokku saama, moodustades funktsionaalsed koestruktuurid. Bioprinterid vajavad täpseks printimiseks temperatuuri reguleerimist. Praegused bioprinterid on ruumiliselt väga suured ja nende laius, pikkus ja kõrgus võivad olla mitu meetrit. Süstla kolbeid juhib tavaliselt printerist väljaspool asuv arvuti. Selle aluseks on XNUMXD-mudeli digitaalselt kättesaadavad andmed. Bioink surutakse kuni kaheksast pihustusotsikust välja ja kavandatud struktuur ehitatakse platvormile.
Meditsiiniline ja tervislik kasu
Põhimõtteliselt loodetakse bioprintereid tulevikus kasutada eelkõige kolmes valdkonnas: meditsiin, toiduainetööstus ja sünteetiline bioloogia. Meditsiinis on bioprinterite kasutamine mõeldav ja ette nähtud kirurgilise alavaldkondades ravi, rekonstruktiivkirurgia, elundidoonorlus ja siirdamine. Eriti bioprinteritega elundite puhul on ilmne üks suur eelis: täpne sobitamine mõeldud kehaga siirdamine. Nii saab sobiva doonororgani otsingu, mis sobib vastuvõtva kehaga, mis on praegu veel vajalik, katkestada. Rekonstruktiivkirurgias on oodata lihtsustamist ja parendamist. Siin on mõeldavad protseduurid, mille käigus rakud võetakse patsiendi erinevatest kehaosadest - näiteks kõrvadest, sõrmedest ja põlvedest. Need rakud korrutatakse laboris. Seejärel lisatakse biopolümeer. Sellisest suspensioonist saab bioprinter teoreetiliselt pooke ehitada. Seejärel implanteeritakse see patsiendile. Seejärel lagundavad keha enda rakud aja jooksul biopolümeeri. Eelis võib peituda eelkõige selles, et keha ei lükka siirdamist tagasi. Veelgi enam, selline siirdamine võiks kasvama kehaga. Selle positiivse omaduse põhjuseks on see, et implantaat on ühendatud patsiendi kasvu kontrolli süsteemiga. Bioelektrijaamade kasutamise uurimisvaldkondimplantaadid meditsiinis jätkub kasvama. Praegu pookoksade tootmine kõhr, näiteks a nina, on väga mõeldav. Kriitilisem on kehaorganite tootmine. Eelkõige pole elundite varustamiseks vajalike kapillaaride arv vajaliku täpsusega mõeldav. Teine probleem võib tuleneda asjaolust, et sellistes keerulistes struktuurides nagu kehaorganid, peavad erinevad rakud olema erinevate funktsioonide täitmiseks kooskõlastatud ja omavahel suhelnud. Bioprintereid saab kasutada ka toiduainetööstuses liha tootmiseks. Esimesed ettevõtted on - nende endi väidete kohaselt - juba edukalt selliseid tooteid trükkinud. Need on väidetavalt nii maitsvad kui ka vähem kulukad kui tapmine. Praegu pole aga ühtegi biotrükiga trükitud liha müügil.
