Bioprinter yra specialus 3D spausdintuvo tipas. Remdamiesi kompiuteriu kontroliuojama audinių inžinerija, jie gali gaminti audinius ar biorajonus. Ateityje turėtų būti įmanoma jų pagalba gaminti organus ir dirbtines gyvas būtybes.
Kas yra bioprinteris?
Bioprinters yra techniniai prietaisai, skirti trimačiam biologinių audinių ir organų spausdinimui perkeliant juos į gyvas ląsteles. Ši 3D spausdinimo sritis vis dar yra eksperimentiniame etape ir daugiausia tiriama atliekant mokslinius tyrimus universitetuose. Tikslas yra sukurti galimybę gaminti funkcinius pakaitinius audinius ir organus, kurie gali būti naudojami medicininiame gydyme.
Bioprinteriui apibūdinti naudojamas terminas vadinamas bioprintingu. Bioprinta prasideda pagrindine tikslinio audinio ar organo kompozicija. Bioprinter yra naudojamas tik laboratorijoje. Specialusis 3D spausdintuvas per spausdinimo galvutę kaupia ir formuoja plonus ląstelių sluoksnius. Norėdami tai padaryti, bioprinterio galva juda į kairę, į dešinę, aukštyn arba žemyn.
Bioprinteris naudoja biologinį rašalą arba biologinio proceso žurnalus organinėms medžiagoms kurti. Tai yra biopolimerai su gyvų būtybių ląstelėmis ir hidrogelis, turintis iki 90% vandens. Srauto savybė turi būti tiksliai apskaičiuota. Viena vertus, masė turi būti pakankamai skysta, kad švirkštų kaniulės neužsikimštų, ir, kita vertus, ji turi būti pakankamai tvirta, kad taikinio struktūra būtų patvari.
Kiti biologinio atspaudo naudojimo būdai yra transplantacijos, chirurginė terapija, audinių inžinerija ir rekonstrukcinė chirurgija.
Formos, tipai ir tipai
Šiuo metu bioprinteri komerciniame sektoriuje naudojami tik labai retai. Kadangi biologinis spausdinimas yra tik kūrimo stadijoje, brandūs tipai ar tipai bioprinterių šiuo metu nėra patikrinami. Tačiau iš esmės bet kokį 3D spausdintuvą galima naudoti biologiniam spausdinimui. Šiuo tikslu paprastai naudojami PVC milteliai turi būti pakeisti atitinkamomis ląstelėmis. Taip pat bandomi metodai, kuriuos naudojant galima sukurti bioprinteri iš įprastų rašalinių spausdintuvų.
Biologinis rašalas turi atitikti aukštus reikalavimus. Pavyzdžiui, kiekviena medžiaga, kuri bus naudojama klinikiniais tikslais, turi atitikti griežtus tarptautinius reikalavimus. Prieš pradėdamos naudoti šias medžiagas biologiniam spausdinimui, jos turi būti išbandytos daugelį metų.
Struktūra ir funkcionalumas
Bioprinterio veikimas labai panašus į paprasto 3D spausdintuvo funkcinį principą. Formos statomos naudojant ekstruderį. Tačiau nenaudojami PVC milteliai, kaip tai daroma įprastuose 3D spausdintuvuose, o polimerinis gelis, paprastai pagrįstas alginatu.
Dabartiniai bioprinteri, kurie kartais naudojami praktikoje, gamina lašelius, kurių kiekvienoje yra nuo 10 000 iki 30 000 atskirų ląstelių. Šių atskirų ląstelių organizacija turėtų susidėti ir sudaryti funkcines audinių struktūras remiantis atitinkamais augimo faktoriais.
Norint tiksliai spausdinti, spausdintuvams reikalinga temperatūros kontrolė. Dabartiniai bio spausdintuvai yra labai dideli erdvėje ir gali būti kelių metrų pločio, ilgio ir aukščio. Švirkštų stūmokliai valdomi kompiuteriu, kuris paprastai yra spausdintuvo išorėje. To pagrindas yra skaitmeniniu būdu prieinami 3D modelio duomenys. Biologinis rašalas išspaudžiamas iš aštuonių purškimo purkštukų, o numatoma struktūra sudedama ant platformos.
Medicininė ir sveikatos nauda
Iš esmės bioprinteri turi būti naudojami visų pirma trijose srityse: medicinoje, maisto pramonėje ir sintetinėje biologijoje. Medicinoje yra įsivaizduojamas ir planuojamas biopriespaudų naudojimas chirurginės terapijos, rekonstrukcinės chirurgijos, organų donorystės ir transplantacijos pogrupiuose.Akivaizdus pagrindinis privalumas, ypač turint organų iš biologinių spausdintuvų: tikslus suderinimas su kūnu, kuris skirtas transplantacijai. Tokiu būdu galima sustabdyti priimančiam kūnui tinkamo organo donoro paiešką.
Atliekant rekonstrukcinę chirurgiją tikimasi supaprastinimo ir patobulinimo. Čia įsivaizduojamos procedūros, kurių metu ląstelės imamos iš paciento iš skirtingų kūno dalių, tokių kaip ausys, pirštai ir keliai. Šios ląstelės dauginamos laboratorijoje. Tada pridedamas biopolimeras. Bioprinteris teoriškai gali sukurti transplantaciją iš tokios suspensijos. Tai naudojama pacientui. Pačios organizmo ląstelės laikui bėgant suardo biopolimerą. Ypatingas pranašumas galėtų būti tas, kad kūnas neatmeta transplantacijos. Be to, toks persodinimas gali augti kartu su kūnu. Šios teigiamos savybės priežastis yra ta, kad implantas yra susijęs su paciento augimo kontrole.
Biopriespaudų naudojimo medicinoje tyrimų sritis ir toliau auga. Šiuo metu labai įmanoma įskiepyti skiepą iš kremzlės, kaip iš nosies. Kūno organų gamyba vertinama kritiškiau. Visų pirma, šiuo metu neįmanoma įsivaizduoti reikiamo tikslumo kapiliarų, reikalingų organams aprūpinti. Kita problema gali kilti dėl to, kad tokiose sudėtingose struktūrose kaip kūno organai skirtingos ląstelės turi būti suderintos ir susisiekti viena su kita, kad galėtų atlikti skirtingas funkcijas.
Bioprinteri taip pat gali būti naudojami mėsai gaminti maisto pramonėje. Anot jų pačių pareiškimų, pirmosios įmonės jau sėkmingai spausdino tokius gaminius. Jie turėtų būti skanūs ir pigesni nei skerdžiami. Tačiau parduotuvėse šiuo metu nėra bioprinti spausdintos mėsos.
