Biyoprin Baskı ve Uygulamalarını Anlama

Biyoprin, bir çeşit 3D baskı3D biyolojik yapıları üretmek için hücreleri ve diğer biyolojik malzemeleri “mürekkep” olarak kullanır. Basılı materyaller, insan vücudundaki hasarlı organları, hücreleri ve dokuları onarma potansiyeline sahiptir. Gelecekte, bioprinting, tüm organları sıfırdan oluşturmak için kullanılabilir, bu da biyoprin alanını değiştirebilecek bir olasılıktır.

Araştırmacılar birçok farklı biyoprin hücre tiplerikök hücreler, kas hücreleri ve endotel hücreleri dahil. Bir malzemenin biyoprin yazdırılıp yazdırılamayacağını çeşitli faktörler belirler. Birincisi, biyolojik malzemeler mürekkep ve yazıcının kendileriyle biyolojik olarak uyumlu olmalıdır. Ek olarak, basılı yapının mekanik özellikleri ve organ veya dokunun olgunlaşması için geçen süre de süreci etkiler.

Bioinks tipik olarak iki tipten birine girer:

• Su bazlı jellerveya hidrojeller, hücrelerin gelişebileceği 3B yapılar olarak işlev görürler. Hücreleri içeren hidrojeller tanımlanmış şekillere basılır ve
  instagram viewer
  polimerler hidrojellerin içinde birleştirilir veya "çapraz bağlanır", böylece baskılı jel daha güçlü hale gelir. Bu polimerler doğal olarak türetilmiş veya sentetik olabilir, ancak hücrelerle uyumlu olmalıdır.
• Hücrelerin agregatları baskıdan sonra kendiliğinden dokulara kaynaşmış.

Biyolojik baskı prosesi, 3D baskı prosesi ile birçok benzerliğe sahiptir. Biyolojik baskı genellikle aşağıdaki adımlara ayrılır:

• Ön İşleme: Basılacak organ veya dokunun dijital olarak rekonstrüksiyonuna dayanan bir 3B model hazırlanır. Bu rekonstrüksiyon, non-invaziv olarak çekilen görüntülere dayalı olarak oluşturulabilir (örn. MRG) veya X-ışınları ile görüntülenen bir dizi iki boyutlu dilim gibi daha invaziv bir süreçle.
• İşleme: Ön işleme aşamasında 3D modele dayanan doku veya organ yazdırılır. Diğer 3B baskı türlerinde olduğu gibi, malzemeyi yazdırmak için malzeme katmanları art arda eklenir.
• Rötuş: Baskıyı fonksiyonel bir organa veya dokuya dönüştürmek için gerekli prosedürler gerçekleştirilir. Bu prosedürler baskının hücrelerin düzgün ve daha hızlı olgunlaşmasına yardımcı olan özel bir odaya yerleştirilmesini içerebilir.

Diğer 3D baskı türlerinde olduğu gibi, biyo-mürekkepler birkaç farklı şekilde basılabilir. Her yöntemin kendine özgü avantajları ve dezavantajları vardır.

• Mürekkep püskürtmeli tabanlı bioprinting ofis mürekkep püskürtmeli yazıcıya benzer şekilde çalışır. Bir tasarım bir mürekkep püskürtmeli yazıcıyla yazdırıldığında, mürekkep kağıda birçok küçük püskürtme ucundan ateşlenir. Bu, çok küçük olan birçok damlacıktan yapılmış bir görüntü oluşturur, bunlar gözle görülmez. Araştırmacılar, mürekkebi püskürtme uçlarından itmek için ısı veya titreşim kullanan yöntemler de dahil olmak üzere, biyoprin baskı için mürekkep püskürtmeli baskıyı uyarladılar. Bu biyoprinterler diğer tekniklerden daha hesaplıdır, ancak düşük viskoziteli biyo-mürekkeplerle sınırlıdır, bu da basılabilecek malzeme türlerini kısıtlayabilir.
• Lazer desteklibioprinting hücreleri bir çözeltiden yüksek hassasiyetle bir yüzeye taşımak için bir lazer kullanır. Lazer, çözeltinin bir kısmını ısıtarak bir hava cebi oluşturur ve hücreleri bir yüzeye doğru yer değiştirir. Bu teknik, mürekkep püskürtmeli bazlı biyoprint gibi küçük nozullar gerektirmediğinden, nozullardan kolayca akamayan daha yüksek viskoziteli malzemeler kullanılabilir. Lazer destekli bioprinting, aynı zamanda çok yüksek hassasiyetli baskıya izin verir. Bununla birlikte, lazerden gelen ısı yazdırılan hücrelere zarar verebilir. Ayrıca, teknik yapıları büyük miktarlarda hızlı bir şekilde basmak için kolayca "ölçeklendirilemez".
• Ekstrüzyon bazlı biyoprin baskı sabit şekiller oluşturmak için malzemeyi bir memeden çıkarmak için basınç kullanır. Bu yöntem nispeten çok yönlüdür: farklı viskozitelere sahip biyomalzemeler basıncın ayarlanması, ancak daha yüksek basınçların basınca zarar verme olasılığı daha yüksek olduğundan dikkatli olunmalıdır. Hücreler. Ekstrüzyon esaslı biyoprin üretim için büyütülebilir, ancak diğer teknikler kadar kesin olmayabilir.
• Elektrosprey ve elektrospinning biyoprinerler sırasıyla damlacıklar veya fiberler oluşturmak için elektrik alanlarından faydalanın. Bu yöntemler nanometre düzeyinde hassasiyete sahip olabilir. Bununla birlikte, hücreler için güvensiz olabilecek çok yüksek voltaj kullanırlar.

Biyoprinleme biyolojik yapıların hassas bir şekilde inşa edilmesini sağladığı için, teknik biyotıpta birçok kullanım alanı bulabilir. Araştırmacılar, kalp krizinden sonra kalbi onarmak ve hücreleri yaralı deri veya kıkırdağa yerleştirmek için hücreleri tanıtmak için biyoprin uygulamasını kullandılar. Biyoprinting, kalp hastalığı olan hastalarda olası kullanım için kalp kapakçıkları üretmek, kas ve kemik dokuları oluşturmak ve sinirleri onarmaya yardımcı olmak için kullanılmıştır.

Bu sonuçların klinik bir ortamda nasıl performans göstereceğini belirlemek için daha fazla çalışma yapılması gerekmesine rağmen, araştırmalar biyoprinlemenin ameliyat sırasında veya sonrasında dokuların yenilenmesine yardımcı olabileceğini göstermektedir. yaralanması. Biyoprinterler gelecekte, karaciğer veya kalp gibi tüm organların sıfırdan yapılmasını ve organ nakillerinde kullanılmasını sağlayabilir.

3D biyoprinlere ek olarak, bazı gruplar zamanın dördüncü boyutunu dikkate alan 4D biyoprinasyonunu da incelemiştir. 4D bioprinting, basılan 3D yapıların basıldıktan sonra bile zamanla gelişmeye devam edebileceği fikrine dayanır. Böylece yapılar ısı gibi doğru uyarana maruz kaldıklarında şekillerini ve / veya işlevlerini değiştirebilirler. 4D biyoprint, bazı biyolojik yapıların nasıl katlandığından ve yuvarlandığından faydalanarak kan damarları yapmak gibi biyomedikal alanlarda kullanım bulabilir.

Her ne kadar biyo-baskı gelecekte birçok hayatın kurtarılmasına yardımcı olsa da, henüz bir takım zorlukların üstesinden gelinmesi gerekmektedir. Örneğin, basılı yapılar zayıf olabilir ve vücut üzerinde uygun bir yere transfer edildikten sonra şeklini koruyamayabilir. Ayrıca, dokular ve organlar karmaşıktır ve çok hassas bir şekilde düzenlenmiş birçok farklı tipte hücre içerir. Mevcut baskı teknolojileri bu tür karmaşık mimarileri kopyalayamayabilir.

Son olarak, mevcut teknikler belirli malzeme türleri, sınırlı viskozite aralığı ve sınırlı hassasiyet ile de sınırlıdır. Her teknik, hücrelere ve yazdırılan diğer malzemelere zarar verme potansiyeline sahiptir. Araştırmacılar gittikçe zorlaşan mühendislik ve tıbbi sorunların üstesinden gelmek için biyo-baskı geliştirmeye devam ettikçe bu sorunlar ele alınacaktır.

• Dayak, 3D yazıcı kullanılarak üretilen kalp hücrelerini pompalamak kalp krizi hastalarına yardımcı olabilir, Sophie Scott ve Rebecca Armitage, ABC.
• Dababneh, A. ve Ozbolat, I. “Biyoprin baskı teknolojisi: Son teknoloji ürünü bir derleme.” İmalat Bilimi ve Mühendisliği Dergisi, 2014, cilt. 136, hayır. 6, doi: 10.1115 / 1.4028512.
• Gao, B., Yang, Q., Zhao, X., Jin, G., Ma, Y. ve Xu, F. “Biyomedikal uygulamalar için 4D biyoprint.” Biyoteknolojideki Eğilimler, 2016, cilt. 34, hayır. 9, s. 746-756, doi: 10.1016 / j.tibtech.2016.03.004.
• Hong, N., Yang, G., Lee, J. ve Kim, G. “3D bioprinting ve in vivo uygulamaları.” Biyomedikal Malzeme Araştırmaları Dergisi, 2017, cilt. 106, hayır. 1, doi: 10.1002 / jbm.b.33826.
• Mironov, V., Boland, T., Trusk, T., Forgacs, G. ve Markwald, P. “Organ baskısı: bilgisayar destekli jet tabanlı 3D doku mühendisliği.” Biyoteknolojideki Eğilimler, 2003, cilt. 21, hayır. 4, s. 157-161, doi: 10.1016 / S0167-7799 (03) 00033-7.
• Murphy, S. ve Atala, A. “Doku ve organların 3B biyoprintingi.” Doğa Biyoteknolojisi, 2014, cilt. 32, hayır. 8, s. 773-785, doi: 10.1038 / nbt.2958.
• Seol, Y., Kang, H., Lee, S., Atala, A. ve Yoo, J. "Biyoprin baskı teknolojisi ve uygulamaları." Avrupa Kalp-Göğüs Cerrahisi Dergisi, 2014, cilt. 46, hayır. 3, s. 342-348, doi: 10.1093 / ejcts / ezu148.
• Sun, W. ve Lal, P. “Bilgisayar destekli doku mühendisliğinde son gelişmeler - bir derleme.” Biyotıpta Bilgisayar Yöntemleri ve Programları, cilt. 67, hayır. 2, s. 85-103, doi: 10.1016 / S0169-2607 (01) 00116-X.