Разумевање биопринта и његових примена

Биоотисак, врста 3Д штампање, користи ћелије и друге биолошке материјале као "мастила" за прављење 3Д биолошких структура. Материјали који садрже биотисак могу да поправљају оштећене органе, ћелије и ткива у људском телу. У будућности ће се био-штампање употребити за изградњу целих органа од нуле, што би могло да трансформише поље био-штампања.

Истраживачи су проучавали био-штампање многих различитих типови ћелија, укључујући матичне ћелије, мишићне ћелије и ендотелне ћелије. Неколико фактора одређује да ли се материјал може штампати биографски или не. Прво, биолошки материјали морају бити биокомпатибилни са материјалима у мастилу и самом штампачу. Поред тога, механичка својства штампане структуре, као и време потребно да сазревају орган или ткиво, такође утичу на процес.

Биоинкс обично спада у једну од две врсте:

• Гелови на воденој основиили хидрогели делују као 3Д структуре у којима ћелије могу успевати. Хидрогели који садрже ћелије штампају се у дефинисане облике и
  instagram viewer
  полимери у хидрогеловима су спојени или "умрежени" тако да отиснути гел постаје јачи. Ови полимери могу бити природно изведени или синтетички, али треба да буду компатибилни са ћелијама.
• Агрегати ћелија који се спонтано спајају у ткива након штампања.

Процес биоотиска има много сличности са поступком 3Д штампања. Био штампање се углавном дели на следеће кораке:

• Предобрада: Припремљен је 3Д модел заснован на дигиталној реконструкцији органа или ткива на које се био штампа. Ова реконструкција може се створити на основу слика снимљених неинвазивно (нпр. Са ан МРИ) или путем инвазивнијег процеса, као што је низ дводимензионалних исечака снимљених рендгенским зрацима.
• Обрада: Тканина или орган на основу 3Д модела у фази претходне обраде се штампају. Као и код других врста 3Д штампања, слојеви материјала се узастопно сабирају ради штампања материјала.
• Пост обрада: Изводе се потребни поступци да би се отисак трансформисао у функционални орган или ткиво. Ови поступци могу укључивати стављање отиска у посебну комору која помаже ћелијама да правилно и брже сазревају.

Као и код других врста 3Д штампања, биоинкс се може штампати на различите начине. Свака метода има своје посебне предности и мане.

• Био-штампање на бази инкјет-а делује слично као канцеларијски инкјет штампач. Када се дизајн штампа на инкјет штампачу, мастило се пушта кроз много ситних млазница на папир. Ово ствара слику направљену од многих капљица које су толико мале да нису видљиве оку. Истраживачи су прилагодили инкјет штампање за био-штампање, укључујући методе које користе топлоту или вибрацију за провлачење мастила кроз млазнице. Ови биопринтери су приступачнији од осталих техника, али су ограничени на биоинкове са ниском вискозношћу, што би заузврат могло ограничити врсте материјала који се могу штампати.
• Ласерски потпомогнутабиотисак користи ласер за померање ћелија из раствора на површину са великом прецизношћу. Ласер загрева део раствора, стварајући ваздушни џеп и померајући ћелије према површини. Будући да ова техника не захтева мале млазнице, као што је то код био-штампања на бази инкјет-тита, могу се користити материјали веће вискозности, који не могу лако да пролазе кроз млазнице. Ласерско потпомогнуто био штампање такође омогућава веома високу прецизност штампања. Међутим, топлота ласера ​​може оштетити ћелије које се штампају. Поред тога, техника се не може лако „смањити“ за брзи штампање структура у великим количинама.
• Биоотисак заснован на екструзији користи притисак да би извукао материјал из млазнице за стварање фиксних облика. Ова метода је релативно свестрана: биоматеријали са различитим вискозитетима се могу штампати подешавање притиска, мада треба водити рачуна јер већи вероватни притисци могу да га оштете ћелије. Био штампање засновано на екструзији вероватно се може повећати за производњу, али можда није тако прецизно као остале технике.
• Електропримјерни и електроприновни биопринтери искористите електрична поља за стварање капљица или влакана, респективно. Ове методе могу имати прецизност до нанометар. Међутим, користе веома висок напон, који може бити небезбедан за ћелије.

Пошто био штампање омогућава прецизну изградњу биолошких структура, ова техника може наћи много користи у биомедицини. Истраживачи су користили био-штампање да би увели ћелије које ће помоћи поправити срце након срчаног удара, као и депоновати ћелије у рањену кожу или хрскавицу. Биопринтинг се користи за израду срчаних залистака за могућу употребу код пацијената са срчаном болешћу, изградњу мишићног и коштаног ткива и помаже у поправљању живаца.

Иако је потребно учинити више посла како би се утврдило како би ови резултати били ефикасни у клиничком окружењу, истраживање показује да би се био-штампање могло користити за регенерацију ткива током операције или после повреда. Биопринтери би у будућности могли да омогуће и да се читави органи попут јетре или срца направе од нуле и користе у трансплантацији органа.

Поред 3Д био-штампања, неке групе су такође прегледале 4Д био-штампање, које узима у обзир четврту димензију времена. 4Д биотисак заснован је на идеји да се штампане 3Д структуре могу наставити развијати током времена, чак и након што су одштампане. Структуре могу на тај начин променити свој облик и / или функцију ако су изложене правом стимулансу, попут топлоте. 4Д био-штампање може наћи употребу у биомедицинским областима, као што је прављење крвних судова коришћењем предности како се неке биолошке конструкције савијају и преврћу.

Иако би биоотискање могло помоћи да се спасе многи животи у будућности, бројни изазови тек треба ријешити. На пример, штампане структуре могу бити слабе и неспособне да задрже облик након што се пренесу на одговарајуће место на телу. Надаље, ткива и органи су сложени и садрже много различитих врста ћелија распоређених на врло прецизне начине. Садашње технологије штампања можда неће бити у стању да копирају такве замршене архитектуре.

Коначно, постојеће технике су такође ограничене на одређене врсте материјала, ограничен опсег вискозитета и ограничену прецизност. Свака техника може изазвати оштећење ћелија и других материјала који се штампају. Овим ће се питањима позабавити док истраживачи и даље развијају биоотиске како би се бавили све тешким инжењерским и медицинским проблемима.

• Пребијање, испумпавање срчаних ћелија генерисано помоћу 3Д штампача могло би помоћи пацијентима с инфарктом, Сопхие Сцотт и Ребецца Армитаге, АБЦ.
• Дабабнех, А. и Озболат, И. “Биопринтинг технологија: Актуелни најсавременији преглед.” Јоурнал оф Мануфацтуринг Сциенце анд Енгинееринг, 2014, вол. 136, но. 6, дои: 10.1115 / 1.4028512.
• Гао, Б., Ианг, К., Зхао, Кс., Јин, Г., Ма, И., и Ксу, Ф. “4Д биотисак за биомедицинску употребу.” Трендови у биотехнологији, 2016, вол. 34, не. 9, стр. 746-756, дои: 10.1016 / ј.тибтецх.2016.03.004.
• Хонг, Н., Ианг, Г., Лее, Ј. и Ким, Г. “3Д био штампање и његове ин виво апликације.” Часопис за истраживање биомедицинских материјала, 2017, вол. 106, бр. 1, дои: 10.1002 / јбм.б.33826.
• Миронов, В., Боланд, Т., Труск, Т., Форгацс, Г. и Марквалд, П. “Штампање органа: компјутерско млазно 3Д инжењеринг на бази ткива.” Трендови у биотехнологији, 2003, вол. 21, бр. 4, стр. 157-161, дои: 10.1016 / С0167-7799 (03) 00033-7.
• Мурпхи, С. и Атала, А. “3Д био штампање ткива и органа.” Натуре Биотецхнологи, 2014, вол. 32, бр. 8, стр. 773-785, дои: 10.1038 / нбт.2958.
• Сеол, И., Канг, Х., Лее, С., Атала, А. и Иоо, Ј. "Биопринтинг технологија и њене примене." Европски часопис за кардио-торакалну хирургију, 2014, вол. 46, бр. 3, стр. 342-348, дои: 10.1093 / ејцтс / езу148.
• Сун, В. и Лал, П. “Недавни развој на рачунарском инжењерингу ткива - преглед.” Рачунарски методи и програми у биомедицини, вол. 67, но. 2, стр. 85-103, дои: 10.1016 / С0169-2607 (01) 00116-Кс.