Bioprinters

Bioprinters ir īpaša veida 3D printeris. Balstoties uz datorvadāmu audu inženieriju, viņi var radīt audus vai biorajonus. Nākotnē ar viņu palīdzību vajadzētu būt iespējai ražot orgānus un mākslīgas dzīvās būtnes.

Kas ir bioprinters?

Bioprinteri ir tehniskas ierīces bioloģisko audu un orgānu trīsdimensiju drukāšanai, pārnesot tos uz dzīvām šūnām. Šī 3D drukāšanas joma joprojām ir eksperimentālā stadijā un galvenokārt tiek pētīta zinātniskos pētījumos universitātēs. Mērķis ir radīt iespēju ražot funkcionālus audu un orgānu aizstājējus un orgānus, kurus var izmantot ārstēšanā.

Bioprintera aprakstīšanai izmantoto terminu sauc par bioprinti. Biodruka sākas ar mērķa audu vai orgānu pamatsastāvu. Bioprinteri izmanto tikai laboratorijas vidē. Īpašais 3D printeris rezultātā un caur drukas galviņu uzglabā un veido plānus šūnu slāņus. Lai to izdarītu, bioprintera galva pārvietojas pa kreisi, pa labi, uz augšu vai uz leju.

Bioprinteri izmanto bioloģisko tinti vai bioprocesu žurnālus, lai izveidotu organiskus materiālus. Tie ir biopolimēri ar dzīvu būtņu šūnām un hidrogeli ar ūdeni līdz 90%. Plūsmas īpašība precīzi jāaprēķina. No vienas puses, masai jābūt pietiekami šķidrai, lai šļirču kanēli netiktu aizsērējuši, un, no otras puses, tai jābūt pietiekami stingrai, lai mērķa struktūra būtu izturīga.

Citi bioprintera izmantošanas veidi ir transplantāti, ķirurģiskā terapija, audu inženierija un rekonstruktīvā ķirurģija.

Formas, veidi un veidi

Pašlaik bioprinteri komerciālajā sektorā tiek izmantoti tikai ļoti reti. Tā kā biodruka ir izstrādes fāzē, nobriedušie vai bioprintera veidi pašlaik netiek pārbaudīti. Principā biodruka var izmantot jebkuru 3D printeri. Šim nolūkam parasti izmantotais PVC pulveris jāaizstāj ar piemērotām šūnām. Tiek pārbaudītas arī metodes, ar kurām ir iespējams izstrādāt bioprinteri no parastajiem tintes printeriem.

Biogrāfijai jāatbilst augstām prasībām. Piemēram, visām vielām, kuras paredzēts izmantot klīniskiem mērķiem, jāatbilst stingrām starptautiskām prasībām. Pirms šādas vielas var izmantot biodrukāšanā, tās ir jāpārbauda gadiem ilgi.

Struktūra un funkcionalitāte

Bioprintera darbība ir ļoti līdzīga normāla 3D printera darbībai. Veidnes tiek veidotas, izmantojot ekstrūderi. Tomēr PVC pulveri neizmanto, kā tas ir parasto 3D printeru gadījumā, bet gan polimēra želeju, kuras pamatā parasti ir algināts.

Pašreizējie bioprinteri, kurus ik pa laikam izmanto praksē, rada pilītes, kas katra satur no 10 000 līdz 30 000 atsevišķu šūnu. Šo atsevišķo šūnu organizācijai vajadzētu apvienoties, lai veidotu funkcionālās audu struktūras, pamatojoties uz atbilstošajiem augšanas faktoriem.

Bioprinteri precīzai drukāšanai prasa temperatūras kontroli. Pašreizējie bioprinteri ir telpiski ļoti lieli, un to platums, garums un augstums var būt vairāki metri. Šļirču virzuli kontrolē, izmantojot datoru, kas parasti atrodas ārpus printera. Tam par pamatu ir 3D modeļa digitāli pieejamie dati. Biogrāfiskā tinte tiek izspiesta no ne vairāk kā astoņiem smidzināšanas sprauslām, un paredzētā struktūra ir veidota uz platformas.

Medicīniskie un veselības ieguvumi

Bioprinteri principā galvenokārt jāizmanto trīs jomās: medicīnā, pārtikas rūpniecībā un sintētiskajā bioloģijā. Medicīnā ir iedomājama un plānota bioprinteru izmantošana ķirurģiskās terapijas, rekonstruktīvās ķirurģijas, orgānu ziedošanas un transplantācijas apakšzonās.Galvenā priekšrocība ir acīmredzama, īpaši attiecībā uz bioprinteru orgāniem: precīza adaptācija ķermenim, kas paredzēts transplantācijai. Tādā veidā var pārtraukt meklējošā organismam piemērota donora orgāna meklēšanu.

Atjaunojošajā ķirurģijā ir gaidāma vienkāršošana un uzlabojumi. Šeit ir iedomājamas procedūras, kurās no dažādām ķermeņa daļām, piemēram, ausīm, pirkstiem un ceļgaliem, pacientam tiek noņemtas šūnas. Šīs šūnas tiek pavairotas laboratorijā. Tad pievieno biopolimēru. Bioprinters teorētiski var izveidot transplantātu no šādas suspensijas. Tas tiek izmantots pacientam. Pēc tam paša ķermeņa šūnas laika gaitā sadala biopolimēru. Īpaša priekšrocība varētu būt tā, ka ķermenis nenoraida transplantātu. Turklāt šāda transplantācija varētu augt kopā ar ķermeni. Šīs pozitīvās īpašības iemesls ir tas, ka implants ir saistīts ar pacienta augšanas kontroli.

Pētniecības lauks par bioprinteru izmantošanu medicīnā turpina augt. Pašlaik ir ļoti iedomājama potzaru veidošana no skrimšļiem, piemēram, no deguna. Ķermeņa orgānu ražošana tiek vērtēta kritiskāk. Konkrēti, kapilāru skaitu, kas vajadzīgs orgānu apgādei, pašlaik nevar iedomāties ar nepieciešamo precizitāti. Cita problēma var rasties no tā, ka tik sarežģītās struktūrās kā ķermeņa orgāni dažādas šūnas ir jāsaskaņo un jāsazinās savā starpā, lai tās varētu pildīt dažādas funkcijas.

Bioprinteri var izmantot arī gaļas ražošanai pārtikas rūpniecībā. Pēc viņu pašu paziņojumiem, pirmie uzņēmumi šādus produktus jau ir veiksmīgi iespieduši. Tiem vajadzētu būt garšīgiem un lētākiem nekā kaušanai. Tomēr veikalos šobrīd nav pieejama biogrāfiskā drukātā gaļa.