Bioprinter to specjalny typ drukarki 3D. Na podstawie sterowanej komputerowo inżynierii tkankowej mogą wytwarzać tkanki lub bioarraty. W przyszłości przy ich pomocy powinno być możliwe wytwarzanie narządów i sztucznych żywych istot.
Co to jest biodrukarka?
Biodruki to urządzenia techniczne do trójwymiarowego drukowania tkanek i narządów biologicznych poprzez przenoszenie ich do żywych komórek. Ta dziedzina druku 3D znajduje się wciąż na etapie eksperymentalnym i jest głównie badana w badaniach naukowych na uniwersytetach. Celem jest stworzenie możliwości wytwarzania funkcjonalnej wymiany tkanek i narządów, które mogą być wykorzystywane w lecznictwie.
Termin używany do opisu biodrukarki nazywa się biodrukiem. Biodruk zaczyna się od podstawowego składu docelowej tkanki lub narządu. Bioprinter jest używany wyłącznie w środowisku laboratoryjnym. W rezultacie specjalna drukarka 3D przechowuje i tworzy cienkie warstwy komórek za pośrednictwem głowicy drukującej. W tym celu głowa drukarki biologicznej porusza się w lewo, w prawo, w górę lub w dół.
Bioprinters używają biotuszu lub bioprocesów do tworzenia materiałów organicznych. Są to biopolimery z komórkami istot żywych i hydrożelem zawierającym do 90% wody. Właściwość flow należy dokładnie obliczyć. Z jednej strony masa musi być na tyle płynna, aby kaniule strzykawek nie zapychały się, az drugiej strony musi być dostatecznie solidna, aby struktura tarczy była trwała.
Inne zastosowania biodruku obejmują przeszczepy, terapię chirurgiczną, inżynierię tkankową i chirurgię rekonstrukcyjną.
Kształty, typy i typy
W chwili obecnej biodruki są używane bardzo rzadko w sektorze komercyjnym. Ponieważ biodrukowanie jest w fazie rozwoju, obecnie nie weryfikuje się dojrzałych typów lub typów biodruku. Zasadniczo jednak do biodruku można użyć dowolnej drukarki 3D. Aby to zrobić, zwykle używany proszek PVC należy zastąpić odpowiednimi ogniwami. Ponadto testowane są procesy, za pomocą których można opracować biodruki ze zwykłych drukarek atramentowych.
Biotusz musi spełniać wysokie wymagania. Na przykład każda substancja, która ma być stosowana do celów klinicznych, musi spełniać surowe wymagania międzynarodowe. Przed zastosowaniem w biodruku substancje takie muszą być poddawane wieloletnim testom.
Struktura i funkcjonalność
Działanie biodrukarki jest bardzo podobne do zasady działania zwykłej drukarki 3D. Formy są budowane za pomocą ekstrudera. Jednak nie używa się proszku PVC, jak to ma miejsce w przypadku konwencjonalnych drukarek 3D, ale żel polimerowy, zwykle oparty na alginacie.
Obecne biotechnologie, które są sporadycznie używane w praktyce, wytwarzają kropelki, z których każda zawiera od 10 000 do 30 000 pojedynczych komórek. Organizacja tych pojedynczych komórek powinna łączyć się w celu utworzenia funkcjonalnych struktur tkankowych na podstawie odpowiednich czynników wzrostu.
Bioprinters wymagają kontroli temperatury do precyzyjnego drukowania. Obecne biodrukarki są bardzo duże przestrzennie i mogą mieć kilka metrów szerokości, długości i wysokości. Tłoki strzykawek są sterowane za pomocą komputera, który zwykle znajduje się na zewnątrz drukarki. Podstawą do tego są dostępne cyfrowo dane modelu 3D. Biotusz jest wyciskany nawet z ośmiu dysz natryskowych, a zamierzona konstrukcja jest budowana na platformie.
Korzyści medyczne i zdrowotne
W zasadzie biodruki mają być wykorzystywane w szczególności w trzech obszarach: w medycynie, przemyśle spożywczym i biologii syntetycznej. W medycynie można sobie wyobrazić i planować zastosowanie biodruku w podobszarach leczenia chirurgicznego, chirurgii rekonstrukcyjnej, dawstwa narządów i przeszczepów.Duża zaleta jest oczywista, zwłaszcza w przypadku narządów pochodzących z biodruku: dokładne dopasowanie do ciała przeznaczonego do przeszczepu. W ten sposób można zatrzymać poszukiwanie odpowiedniego organu dawcy odpowiedniego dla ciała przyjmującego.
W chirurgii rekonstrukcyjnej oczekuje się uproszczenia i poprawy. Możliwe są tutaj procedury, w których komórki pobierane są od pacjenta z różnych części ciała - na przykład uszu, palców i kolan. Te komórki są rozmnażane w laboratorium. Następnie dodaje się biopolimer. Bioprinter może teoretycznie zbudować przeszczep z takiej zawiesiny. To jest używane dla pacjenta. Następnie własne komórki organizmu rozkładają biopolimer w czasie. Szczególną zaletą może być to, że przeszczep nie jest odrzucany przez organizm. Ponadto taki przeszczep mógłby rosnąć wraz z ciałem. Przyczyną tej pozytywnej właściwości jest to, że implant jest powiązany z kontrolą wzrostu pacjenta.
Dziedzina badań nad wykorzystaniem biodruku w medycynie stale się rozwija. W tej chwili można sobie wyobrazić przeszczepy z chrząstki, na przykład z nosa. Produkcja narządów ciała jest postrzegana bardziej krytycznie. W szczególności nie można obecnie wyobrazić sobie liczby naczyń włosowatych potrzebnych do zaopatrzenia narządów z wymaganą dokładnością. Kolejny problem może wynikać z faktu, że w tak złożonych strukturach, jak narządy ciała, różne komórki muszą być ze sobą skoordynowane i komunikować się ze sobą, aby mogły pełnić różne funkcje.
Bioprinters można również wykorzystać do produkcji mięsa w przemyśle spożywczym. Według własnych oświadczeń pierwsze firmy już z sukcesem drukowały takie produkty. Powinny być zarówno smaczne, jak i tańsze niż ubój. Jednak obecnie w sklepach nie ma mięsa drukowanego metodą biodruku.
