Zawartość
- Jak działa biodrukowanie
- Biodruk na chipie
- Biodruk i przeszczepy kostne
- Biodruk i regeneracja skóry i tkanek
- Biodrukowanie naczyń krwionośnych
Jak działa biodrukowanie
Drukarka 3D jest w stanie nadać głębię wszystkim, co drukuje, a bioprinter robi to, rozprowadzając warstwami biomateriały, takie jak żywe komórki, syntetyczny klej i rusztowania kolagenowe, tworząc obiekt. Ten proces nazywa się wytwarzaniem addytywnym - materiały podawane do drukarki ulegają zestaleniu, gdy wychodzą, tworząc obiekt 3D.
Ale nie jest to tak proste, jak umieszczenie materiałów w drukarce 3D i naciśnięcie przycisku. Aby przejść do etapu produkcji przyrostowej, drukarka musi otrzymać plan - wygenerowany komputerowo obraz tego, co próbuje stworzyć. Następnie materiały, które chcesz użyć do obiektu, zostaną wprowadzone do drukarki. Drukarka odczytuje przekazany plik cyfrowy, jednocześnie drukując warstwami przekazane materiały, aby odtworzyć żądany obiekt. Każda warstwa ostygnie i sklei się ze sobą (dzięki kolagenowi, klejowi lub w niektórych przypadkach tylko samym komórkom), tworząc jeden solidny, stabilny kawałek.
Naukowcy mogą obrać kilka dróg, aby umożliwić żywym komórkom (powszechnie określanym jako biotusz) zasilanie drukarki biologicznej. Po pierwsze, można je pobrać bezpośrednio od pacjenta, dla którego biodruk. Lub, jeśli są wykorzystywane do celów badawczych lub w przypadkach, gdy nie mogą one wykorzystywać własnych komórek pacjenta, można wykorzystać dorosłe komórki macierzyste, ponieważ można nimi manipulować pod kątem rodzaju komórek potrzebnych do biodruku w celu odtworzenia tkanki.
Plan używany przez biotechnologię to często skan pacjenta. Umożliwia to drukarce biologicznej odtworzenie tkanki poprzez odniesienie się do skanu i użycie cienkich, precyzyjnych warstw w celu nadbudowania lub wydrukowania tkanki.
Biodruk na chipie
Jednym ze sposobów, w jaki biologiczny druk 3D jest obecnie wykorzystywany w środowiskach naukowych i medycznych, jest testowanie medycyny regeneracyjnej. W Instytucie Wyss na Harvardzie naukowcy opracowali drukarkę biologiczną 3D, która może wytwarzać unaczynione tkanki żywych komórek ludzkich, które są drukowane na chipie. Wykorzystują tę tkankę na chipie, aby połączyć ją z kanałem naczyniowym, co pozwala naukowcom na dostarczanie tkankom składników odżywczych w celu monitorowania wzrostu i rozwoju.
Zdolność do wzrostu tkanki na chipie pomaga naukowcom badać nowe techniki medycyny regeneracyjnej, a także testowanie leków. Korzystając z drukarki biologicznej 3D, naukowcy mogą również przyjrzeć się różnym metodom tworzenia chipów. Jednym z osiągnięć było stworzenie serca na chipie z czujnikami do celów badawczych i gromadzenia danych. Mogło to wcześniej wymagać testów na zwierzętach lub innych środków.
Biodruk i przeszczepy kostne
Jeśli chodzi o praktykę medyczną, wciąż jest wiele do nauczenia się i przetestowania w tworzeniu narządów z biodruku skalowanych do rozmiarów człowieka. Podejmowane są jednak znaczne kroki, na przykład w obszarze przeszczepu kości, aby naprawić problemy z kośćmi i otaczającymi je stawami.
Najbardziej znaczący postęp osiągnięto dzięki badaczom z Uniwersytetu Swansea w Walii. Biodruki zespołu mogą tworzyć sztuczne materiały kostne o określonych potrzebnych kształtach przy użyciu regeneracyjnego i trwałego materiału. Naukowcy z AMBER Science Foundation Ireland i Trinity College w Dublinie w Irlandii stworzyli proces wspomagający biodrukowanie 3D materiału kostnego, aby pomóc w usuwaniu defektów spowodowanych resekcjami guza, urazami i infekcjami, a także genetycznymi deformacjami kości.
Uniwersytet w Nottingham w Anglii również dokonał postępów w tej dziedzinie medycyny, drukując biologicznie kopię kości, którą zastępują, i powlekając ją komórkami macierzystymi. Rusztowanie jest umieszczane wewnątrz korpusu. Z biegiem czasu za pomocą komórek macierzystych jest całkowicie zastępowany nową kością.
Biodruk i regeneracja skóry i tkanek
Skóra jest skuteczną dziedziną medycyny w druku biologicznym ze względu na zdolność maszyny do nakładania warstw podczas drukowania. Ponieważ skóra jest narządem wielowarstwowym, składającym się z różnych komórek w każdej warstwie, naukowcy mają nadzieję, że z czasem biodrukowanie może pomóc w odtworzeniu warstw skóry, takich jak skóra właściwa i naskórek.
Naukowcy z Wake Forest School of Medicine w Północnej Karolinie dokładnie przyglądają się temu, jeśli chodzi o poparzenia ofiar, które nie mają wystarczającej ilości nieuszkodzonej skóry, aby pomóc w pielęgnacji i gojeniu ran. W takim przypadku drukarka biologiczna pobierze ze skanera informacje o ranie pacjenta (w tym głębokość i potrzebne typy komórek), aby pomóc w stworzeniu nowej skóry, którą można następnie wykorzystać na pacjencie.
Na Uniwersytecie Stanowym Pensylwanii naukowcy pracują nad biologicznym drukowaniem 3D, które może tworzyć chrząstki, aby pomóc w naprawie tkanki kolan i innych obszarów często niszczonych przez zużycie w organizmie, a także skóry i innych tkanek układu nerwowego niezbędnych dla zdrowia narządów .
Biodrukowanie naczyń krwionośnych
Możliwość odtworzenia naczyń krwionośnych za pomocą biodrukarki jest pomocna nie tylko w możliwości ich bezpośredniego przeszczepienia do organizmu pacjenta, ale także przy testowaniu leków i medycynie spersonalizowanej. Naukowcy z Brigham and Women’s Hospital osiągnęli korzyści w tej dziedzinie medycyny, drukując włókna agarozowe, które służą jako naczynia krwionośne. Naukowcy odkryli, że te bio-drukowane naczynia krwionośne są wystarczająco mocne, aby poruszać się i tworzyć większe sieci, zamiast rozpuszczać się wokół istniejącej struktury.
Słowo od Verywell
Badania, które wywodzą się z biodruku, są fascynujące i chociaż nastąpił duży postęp w wiedzy i korzyściach płynących z możliwości biologicznego drukowania kości, skóry, naczyń krwionośnych, chrząstek, a nawet narządów, wciąż jest znacznie więcej do zrobienia, zanim wiele osób tych praktyk jest dostosowanych do medycyny.
Jednak niektórzy mogą być gotowi wcześniej niż inni. W przypadku biodruku i skóry badacze mają nadzieję, że nauka będzie gotowa w ciągu pięciu lat dla żołnierzy, którzy doświadczają rozległych oparzeń w walce. Inne obszary biodruku, takie jak odtwarzanie narządów do użytku przez ludzi, wciąż wymagają rozwoju.
Jeśli chodzi o naśladowanie procesów zachodzących w organizmie i obserwację interakcji niektórych leków w ramach większego systemu organizmu, biodrukowanie otworzyło drzwi do gromadzenia danych, a także nieinwazyjne sposoby sprawdzenia, jak organizm ludzki oddziałuje z określonymi substancjami, co może prowadzić do bardziej spersonalizowana medycyna dla pacjenta i mniej skutków ubocznych.