Bioprinter

Bioprinter so posebna vrsta 3D tiskalnika. Na podlagi računalniško vodenega tkivnega inženiringa lahko proizvajajo tkiva ali bioarne. V prihodnosti bi bilo treba z njihovo pomočjo izdelati organe in umetna živa bitja.

Kaj je bioprinter?

Bioprinterji so tehnične naprave za tridimenzionalno tiskanje bioloških tkiv in organov z njihovim prenosom v žive celice. To področje 3D-tiskanja je še vedno v poskusni fazi in se preučuje predvsem v akademskih študijah na univerzah. Cilj je ustvariti možnost proizvodnje funkcionalnih nadomestnih tkiv in organov, ki jih je mogoče uporabiti pri zdravljenju.

Izraz, ki se uporablja za opis bioprinterja, se imenuje bioprint. Bioprinting se začne z osnovno sestavo ciljnega tkiva ali organa. Bioprinter se uporablja samo v laboratorijskem okolju. Poseben 3D tiskalnik shranjuje in tvori tanke plasti celic preko tiskalne glave. Če želite to narediti, se glava bioprinterja pomakne levo, desno, navzgor ali navzdol.

Bioprintarji uporabljajo bio-črnilo ali dnevnike bioloških procesov za izdelavo organskih materialov. To so biopolimeri s celicami živih bitij in hidrogel z do 90% vode. Lastnost pretoka mora biti natančno izračunana. Po eni strani mora biti masa dovolj tekoča, da se kaneluli brizg ne zlepijo, po drugi strani pa mora biti dovolj trdna, da je struktura cilja trpežna.

Druge uporabe za biotiskanje vključujejo presaditve, kirurško terapijo, tkivni inženiring in rekonstruktivno kirurgijo.

Oblike, vrste in vrste

Trenutno se biografski tiskalniki v komercialnem sektorju uporabljajo zelo sporadično. Ker je biotiskanje v fazi razvoja, zrele vrste ali vrste bioprintarjev trenutno niso preverjene. Načeloma pa se lahko za bio tiskanje uporablja kateri koli 3D tiskalnik. V ta namen se običajno uporabljeni prah PVC nadomesti z ustreznimi celicami. Preizkušajo se tudi metode, s katerimi je mogoče razviti bioprintarje iz običajnih brizgalnih tiskalnikov.

Bio-črnilo mora izpolnjevati visoke zahteve. Na primer, vsaka snov, ki jo je treba uporabiti v klinične namene, mora izpolnjevati stroge mednarodne zahteve. Preden jih lahko uporabimo pri biotiskanju, je treba takšne snovi opraviti z večletnimi testi.

Struktura in funkcionalnost

Delovanje bioprinterja je zelo podobno funkcionalnemu principu navadnega 3D tiskalnika. Kalupi so zgrajeni z ekstruderjem. Vendar se prah iz PVC-ja ne uporablja, kot to velja za običajne 3D-tiskalnike, temveč polimerni gel, ki običajno temelji na alginatu.

Trenutni bioprinterji, ki se občasno uporabljajo v praksi, proizvajajo kapljice, od katerih vsaka vsebuje med 10.000 in 30.000 posameznih celic. Organizacija teh posameznih celic bi morala biti združena, da tvorijo funkcionalne tkivne strukture na podlagi ustreznih rastnih dejavnikov.

Za natančno tiskanje bioprintarji potrebujejo nadzor temperature. Trenutni bio-tiskalniki so prostorsko zelo veliki in so lahko v širino, dolžino in višino nekaj metrov. Z brizgami brizg upravljate prek računalnika, ki se običajno nahaja zunaj tiskalnika. Osnova za to so digitalno dostopni podatki 3D modela. Bio-črnilo iztisne do osem brizgalnih šob in predvidena struktura je zgrajena na ploščadi.

Medicinske in zdravstvene koristi

V bistvu je treba bioprintarje uporabljati predvsem na treh področjih: v medicini, prehrambeni industriji in v sintetični biologiji. V medicini je uporaba bioprinterjev v podobmočjih kirurške terapije, rekonstruktivne kirurgije, darovanja organov in presaditev možna in načrtovana.Glavna prednost je očitna, zlasti pri organih iz bioprinterjev: natančna prilagoditev telesu, namenjenemu presaditvi. Na ta način je mogoče ustaviti iskanje primernega organa darovalca, ki je primeren za sprejemno telo.

Pri rekonstruktivni kirurgiji se pričakuje poenostavitev in izboljšanje. Tu so možni postopki, v katerih celice odvzamejo bolniku iz različnih delov telesa - kot so ušesa, prsti in kolena. Te celice se razmnožujejo v laboratoriju. Nato dodamo biopolimer. Bioprinter lahko teoretično zgradi presaditev iz take suspenzije. To se uporablja za pacienta. Lastne celice telesa nato sčasoma razgradijo biopolimer. Prednost bi lahko bila v tem, da telo presaditve ne zavrne. Poleg tega bi lahko taka presaditev rasla skupaj s telesom. Razlog za to pozitivno lastnost je, da je vsadek povezan z bolnikovim nadzorom rasti.

Področje raziskav uporabe bioprinterjev v medicini še naprej raste. Trenutno je izdelava presadkov iz hrustanca, kot nos, zelo zamisliva. Proizvodnja telesnih organov je bolj kritična. Zlasti števila kapilar, potrebnih za oskrbo organov, trenutno ni mogoče zamisliti z zahtevano natančnostjo. Dodatna težava lahko izhaja iz dejstva, da je treba v tako zapletenih strukturah, kot so telesni organi, med seboj uskladiti in komunicirati različne celice, da lahko opravljajo različne funkcije.

Bioprintarji se lahko uporabljajo tudi za proizvodnjo mesa v prehrambeni industriji. Po njihovih lastnih izjavah so prva podjetja takšne izdelke že uspešno natisnila. Te morajo biti okusne in cenejše od zakola. Vendar pa v trgovinah trenutno ni na voljo nobenega mesa, natisnjenega z biotiskom.