Innhold
- Hvordan bioprinting fungerer
- Bioprinting på en chip
- Bioprinting og beintransplantater
- Bioprinting og regenerativ hud og vev
- Bioprinting blodkar
Hvordan bioprinting fungerer
En 3D-skriver er i stand til å gi dybde til hva den skriver ut, og en bioprinter gjør dette ved å distribuere biomaterialer som levende celler, syntetisk lim og kollagenstillas i lag for å skape et objekt. Denne prosessen kalles additiv produksjon - materialene som mates inn i skriveren stivnes når de kommer ut for å lage et 3D-objekt.
Men det er ikke så enkelt som å legge materialer i en 3D-skriver og trykke på en knapp. For å komme til produksjonsstadiet for tilsetningsstoffer, må skriveren motta en tegning - et datorgenerert bilde av det den prøver å lage. Deretter materialene du vil bruke til objektet som mates inn i skriveren. Skriveren leser den digitale filen du har gitt den mens den skrev ut materialene du ga den i lag for å gjenskape ønsket objekt. Hvert lag vil avkjøles og feste seg til hverandre (takket være kollagenet, limet, eller i noen tilfeller bare cellene i seg selv), og skaper ett solid, stabilt stykke.
For å få levende celler (ofte referert til som bioink) til å mates inn i en bioprinter, er det en rekke ruter forskere kan ta. For det første kan de tas direkte fra pasienten som de biotrykker for. Eller hvis voksne stamceller brukes til forskningsformål eller i tilfeller der de ikke kan bruke pasientens egne celler, da de kan manipuleres for den type celler som trengs for bioprinting for å gjenskape vev.
Tegningen en bioprinter bruker er ofte en skanning av pasienten. Dette lar bioprinteren gjenskape vev ved å referere til skanningen og bruke tynne, presise lag for å bygge opp eller skrive ut vevet.
Bioprinting på en chip
En av måtene 3D bioprinting brukes for tiden i det vitenskapelige og medisinske miljøet er for testing av regenerativ medisin. Ved Wyss Institute ved Harvard har forskere utviklet en 3D bioprinter som kan produsere vaskulariserte vev av levende humane celler som er trykt på en chip. De bruker dette vevet på en brikke for å koble det til en vaskulær kanal, som lar forskere gi vevet næringsstoffer for å overvåke vekst og utvikling.
Evnen til å dyrke vev på en chip hjelper forskere med å undersøke nye teknikker innen regenerativ medisin så vel som legemiddeltesting. Ved å bruke en 3D bioprinter kan forskere også se på forskjellige metoder for å lage sjetonger. En prestasjon var å skape et hjerte på en chip, med sensorer for forskning og datainnsamling. Dette kan tidligere ha krevd dyreforsøk eller andre tiltak.
Bioprinting og beintransplantater
Når det gjelder å praktisere medisin, er det fremdeles mye å lære og teste for å skape biotrykkede organer som er skalert til menneskelig størrelse. Men det gjøres store trinn, for eksempel i området for transplantasjon av bein for å løse problemer med bein og ledd rundt dem.
Den mest bemerkelsesverdige fremgangen kommer fra forskere ved Swansea University i Wales. Teamets bioprintere kan lage kunstige benmaterialer i spesifikke former som trengs ved hjelp av et regenerativt og holdbart materiale. Forskere ved AMBER Science Foundation Ireland og Trinity College i Dublin, Irland, har laget en prosess for å støtte 3D-bioprinting av benmateriale for å hjelpe med mangler forårsaket av tumorreseksjoner, traumer og infeksjoner, samt genetiske beindeformasjoner.
University of Nottingham i England har også oppnådd gevinster innen dette medisinområdet, bioprinting en kopi av beinet de erstatter og belegget med stamceller. Stillaset er plassert inne i kroppen. Over tid, ved hjelp av stamcellene, erstattes den fullstendig av et nytt bein.
Bioprinting og regenerativ hud og vev
Hud er et vellykket område for medisin for bioprinting på grunn av maskinens evne til å legge lag når den skrives ut. Siden hud er et flerlagsorgan, som består av forskjellige celler i hvert lag, er forskere håpefulle om at biotrykk over tid kan hjelpe til med å reprodusere hudlagene som dermis og epidermis.
Forskere ved Wake Forest School of Medicine i North Carolina ser nøye på dette når det gjelder å brenne ofre som ikke har nok uskadet hud til å høste for å hjelpe med sårstell og helbredelse. I dette tilfellet vil bioprinteren få pasientens sårinformasjon fra en skanner (inkludert dybde og celletyper som trengs) for å bidra til å skape ny hud som deretter kan brukes på pasienten.
Ved Pennsylvania State University jobber forskere med 3D-bioprinting som kan skape brusk for å hjelpe til med å reparere vev i knærne og andre områder som ofte blir slitt av slitasje i kroppen, samt hud og andre vev i nervesystemet som er avgjørende for organs helse. .
Bioprinting blodkar
Evnen til å gjenskape blodkar ved hjelp av en bioprinter er nyttig ikke bare i muligheten for å være i stand til å transplantere dem direkte til en pasient, men også til legemiddeltesting og personlig medisin. Forskere ved Brigham og Women's Hospital har gjort gevinster innen dette medisinområdet ved å trykke agarosefibre som fungerer som blodkar. Forskerne fant at disse biotrykkede blodkarene er sterke nok til å bevege seg og danne større nettverk, i stedet for å oppløse seg rundt en eksisterende struktur.
Et ord fra veldig bra
Forskningen som stammer fra bioprinting er fascinerende, og selv om det har vært en stor fremgang av kunnskap og gevinster fra evnen til å bioprint, bein, hud, blodkar, brusk og til og med organer, er det fortsatt mye mer fremgang å gjøre før mange av disse metodene er tilpasset medisin.
Noen kan være klare før andre, skjønt. I tilfelle bioprinting og hudforsker håper å ha vitenskapen klar innen fem år for soldater som opplever omfattende forbrenninger i kamp. Andre områder av bioprinting, som å gjenskape organer som mennesker kan bruke, har fortsatt en vei å gå i utvikling.
Når det gjelder å etterligne kroppens prosesser og observere samspillet mellom visse legemidler i kroppens større system, har bioprinting åpnet dører i innsamling av data så vel som ikke-invasive måter å se hvordan menneskekroppen samhandler med visse stoffer, noe som kan føre til mer personlig medisin mot pasientens og mindre bivirkninger.