Bioprinter

Bioprinter ovat erityyppisiä 3D-tulostimia. Tietokoneohjatun kudostekniikan perusteella ne voivat tuottaa kudoksia tai biomateriaaleja. Tulevaisuudessa heidän avulla olisi voitava tuottaa elimiä ja keinotekoisia eläviä olentoja.

Mikä on bioprinteri?

Bioprinterit ovat teknisiä laitteita biologisten kudosten ja elinten kolmiulotteiselle tulostukselle siirtämällä ne eläviin soluihin. Tämä 3D-tulostuksen alue on vielä kokeiluvaiheessa ja sitä tutkitaan pääasiassa yliopistojen tieteellisissä tutkimuksissa. Tavoitteena on luoda mahdollisuus tuottaa toiminnallisia korvaavia kudoksia ja elimiä, joita voidaan käyttää lääketieteellisessä hoidossa.

Bioprinterin kuvaamiseen käytettyä termiä kutsutaan biojälkeiseksi. Biopainatus alkaa kohdekudoksen tai -elimen peruskoostumuksella. Bioprinteriä käytetään vain laboratorioympäristössä. Erityinen 3D-tulostin tallentaa ja muodostaa ohuet solukerrokset tulostuspään kautta. Tätä varten bioprinterin pää liikkuu vasemmalle, oikealle, ylös tai alas.

Bioprinterit käyttävät biomustetta tai bioprosessilokkeja orgaanisten materiaalien rakentamiseen. Nämä ovat biopolymeerejä, joissa on elävien olentojen soluja, ja hydrogeeli, jossa on jopa 90% vettä. Virtausominaisuus on laskettava tarkasti. Yhtäältä massan on oltava riittävän nestemäistä, jotta ruiskujen kanyylit eivät tukkeudu, ja toisaalta sen on oltava riittävän luja, jotta kohteen rakenne on kestävä.

Muita käyttöjä biojäljennökseen ovat siirrot, kirurginen terapia, kudosteknologia ja rekonstruktiivinen kirurgia.

Muodot, tyypit ja tyypit

Tällä hetkellä biojäljennöksiä käytetään vain hyvin satunnaisesti kaupan alalla. Koska biopainatus on kehitysvaiheessa, kypsää tyyppiä tai tyyppisiä biojäljennöksiä ei tällä hetkellä varmenneta. Periaatteessa mitä tahansa 3D-tulostinta voidaan kuitenkin käyttää biojäljennökseen. Tätä tarkoitusta varten yleensä käytetty PVC-jauhe on korvattava sopivilla kennoilla. Testataan myös menetelmiä, joiden avulla on mahdollista kehittää biojäljennöksiä normaaleista mustesuihkutulostimista.

Biomusteen on täytettävä korkeat vaatimukset. Esimerkiksi jokaisen kliinisiin tarkoituksiin käytettävän aineen on täytettävä tiukat kansainväliset vaatimukset. Ennen kuin niitä voidaan käyttää biojäljennökseen, nämä aineet on testattava vuosien ajan.

Rakenne ja toiminnallisuus

Bioprosessorin toiminnallisuus on hyvin samanlainen kuin normaalin 3D-tulostimen toimintaperiaate. Muotit rakennetaan suulakepuristimella. PVC-jauhetta ei kuitenkaan käytetä, kuten tavallisissa 3D-tulostimissa, vaan polymeerigeeliä, joka yleensä perustuu alginaattiin.

Nykyiset bioprinterit, joita käytetään toisinaan käytännössä, tuottavat pisaroita, joista kukin sisältää 10 000 - 30 000 yksittäistä solua. Näiden yksittäisten solujen organisoinnin tulisi muodostua yhdessä funktionaalisten kudosrakenteiden muodostamiseksi vastaavien kasvutekijöiden perusteella.

Bioprinterit vaativat lämpötilanhallintaa tarkan tulostuksen aikaansaamiseksi. Nykyiset biotulostimet ovat alueellisesti erittäin suuria ja niiden leveys, pituus ja korkeus voi olla useita metrejä. Ruiskujen mäntä ohjataan tietokoneella, joka yleensä sijaitsee tulostimen ulkopuolella. Tämän perusta on 3D-mallin digitaalisesti saatavissa oleva tieto. Biomuste puristetaan korkeintaan kahdeksasta ruiskusuuttimesta ja aiottu rakenne rakennetaan alustalle.

Lääketieteelliset ja terveyshyödyt

Periaatteessa biojäljennöksiä käytetään erityisesti kolmella alueella: lääketieteessä, elintarviketeollisuudessa ja synteettisessä biologiassa. Lääketieteessä biologisten tulostimien käyttö kirurgisen terapian, jälleenrakentavan kirurgian, elinluovutusten ja elinsiirtojen osa-alueilla on mahdollista ja suunniteltavaa.Suuri etu on ilmeinen, etenkin bioprinterien elimillä: tarkka sopeutuminen elinsiirtoon tarkoitettuun vartaloon. Tällä tavalla vastaanottavaan kehoon sopivan luovuttajaelimen etsintä voidaan lopettaa.

Korjaavassa leikkauksessa odotetaan yksinkertaistamista ja parantamista. Tässä yhteydessä on ajateltavissa menettelyjä, joissa solut otetaan potilaalta kehon eri osista - kuten korvista, sormista ja polvista. Näitä soluja lisätään laboratoriossa. Sitten lisätään biopolymeeri. Bioprinteri voi teoriassa rakentaa siirteen sellaisesta suspensiosta. Tätä käytetään potilaalle. Kehon omat solut hajottavat sitten biopolymeerin ajan myötä. Erityisenä etuna voisi olla, että keho ei hylkää siirteen. Lisäksi tällainen elinsiirto voisi kasvaa kehon mukana. Syynä tähän positiiviseen ominaisuuteen on, että implantti on kytketty potilaan kasvun hallintaan.

Bioprinterien käyttöä lääketieteessä koskeva tutkimuskenttä kasvaa edelleen. Tällä hetkellä siirteiden tekeminen rustosta, kuten nenästä, on erittäin mahdollista. Kehon elinten tuotantoa pidetään kriittisemmin. Erityisesti elinten toimittamiseen tarvittavaa kapillaarien lukumäärää ei voida tällä hetkellä kuvitella vaaditulla tarkkuudella. Toinen ongelma voi syntyä siitä, että sellaisissa monimutkaisissa rakenteissa kuin kehon elimet, eri solut on koordinoitava ja kommunikoitava keskenään erilaisten toimintojen suorittamiseksi.

Bioprinteröitä voidaan käyttää myös lihan tuotantoon elintarviketeollisuudessa. Omien lausuntojensa mukaan ensimmäiset yritykset ovat jo onnistuneesti painaneet tällaisia ​​tuotteita. Niiden tulisi olla maukkaita ja halvempia kuin teurastus. Bioprintillä painettua lihaa ei kuitenkaan ole tällä hetkellä saatavana kaupoista.