Bioprinting (znany również jako bioprinting 3D) to połączenie druku 3D z biomateriałami w celu replikacji części, które imitują naturalne tkanki, kości i naczynia krwionośne w ciele. Jest on głównie stosowany w związku z badaniami nad lekami, a ostatnio jako rusztowania komórkowe, które pomagają w naprawie uszkodzonych więzadeł i stawów. Bioprinting jest stosowany w medycynie od około 2007 roku i był stosowany w celu pomocy w badaniu lub odtwarzaniu niemal każdej tkanki, chrząstki i organu w ciele.
guteksk7/Getty Images
Spis treści
Jak działa biodrukowanie
Drukarka 3D jest w stanie nadać głębię wszystkiemu, co drukuje, a biodrukarka robi to poprzez rozprowadzanie biomateriałów, takich jak żywe komórki, syntetyczny klej i rusztowania kolagenowe, warstwami, aby stworzyć obiekt. Ten proces nazywa się wytwarzaniem addytywnym — materiały podawane do drukarki są utwardzane podczas wychodzenia, aby stworzyć obiekt 3D.
Ale to nie jest tak proste, jak włożenie materiałów do drukarki 3D i naciśnięcie przycisku. Aby dostać się do etapu produkcji addytywnej, drukarka musi otrzymać plan — wygenerowany komputerowo obraz tego, co próbuje stworzyć. Następnie materiały, których chcesz użyć do obiektu, są wprowadzane do drukarki. Drukarka odczytuje plik cyfrowy, który jej przekazałeś, podczas drukowania materiałów, które jej przekazałeś, warstwami, aby odtworzyć pożądany obiekt. Każda warstwa ostygnie i przyklei się do siebie (dzięki kolagenowi, klejowi lub w niektórych przypadkach po prostu samym komórkom), tworząc jeden solidny, stabilny element.
Aby żywe komórki (powszechnie nazywane biotuszem) mogły zostać wprowadzone do biodrukarki, badacze mogą skorzystać z kilku dróg. Po pierwsze, można je pobrać bezpośrednio od pacjenta, dla którego są biodrukowane. Albo, jeśli są wykorzystywane do celów badawczych lub w przypadkach, gdy nie można wykorzystać własnych komórek pacjenta, można użyć dorosłych komórek macierzystych , ponieważ można je modyfikować pod kątem rodzaju komórek potrzebnych do biodrukowania w celu odtworzenia tkanki.
Projekt, którego używa biodrukarka, jest często skanem pacjenta. Pozwala to biodrukarce odtworzyć tkankę, odnosząc się do skanu i używając cienkich, precyzyjnych warstw w celu zbudowania lub wydrukowania tkanki.
Biodrukowanie na chipie
Jednym ze sposobów, w jaki biodrukowanie 3D jest obecnie wykorzystywane w społecznościach naukowych i medycznych, jest testowanie medycyny regeneracyjnej. W Instytucie Wyssa na Harvardzie naukowcy opracowali biodrukarkę 3D, która może produkować unaczynione tkanki żywych komórek ludzkich, które są drukowane na chipie. Używają tej tkanki na chipie, aby połączyć ją z kanałem naczyniowym, co pozwala badaczom dostarczać tkance składniki odżywcze w celu monitorowania wzrostu i rozwoju.
Możliwość hodowania tkanki na chipie pomaga badaczom badać nowe techniki w medycynie regeneracyjnej, a także testowanie leków. Dzięki wykorzystaniu biodrukarki 3D badacze mogą również badać różne metody tworzenia chipów. Jednym z osiągnięć było stworzenie serca na chipie z czujnikami do celów badawczych i gromadzenia danych. Wcześniej mogło to wymagać testów na zwierzętach lub innych środków.
Biodrukowanie i przeszczepy kostne
Jeśli chodzi o praktykowanie medycyny, jest jeszcze wiele do nauczenia się i przetestowania w tworzeniu biodrukowanych organów, które są skalowane do rozmiarów człowieka. Ale podejmowane są znaczące kroki, takie jak w obszarze przeszczepów kości, aby naprawić problemy z kośćmi i otaczającymi je stawami.
Najbardziej znaczący postęp osiągnęli naukowcy ze Swansea University w Walii. Biodrukarki zespołu mogą tworzyć sztuczne materiały kostne o określonych kształtach, przy użyciu regeneracyjnego i trwałego materiału. Naukowcy z AMBER Science Foundation Ireland i Trinity College w Dublinie w Irlandii stworzyli proces wspierający biodrukowanie 3D materiału kostnego, aby pomóc w przypadku defektów spowodowanych resekcjami guzów , urazami i zakażeniami, a także genetycznymi deformacjami kości.
Uniwersytet w Nottingham w Anglii również poczynił postępy w tej dziedzinie medycyny, drukując biokopię kości, którą zastępują, i pokrywając ją komórkami macierzystymi. Rusztowanie umieszczane jest wewnątrz ciała. Z czasem, przy pomocy komórek macierzystych, zostaje ono całkowicie zastąpione nową kością.
Bioprinting i regeneracja skóry i tkanek
Skóra jest obszarem medycyny, który odnosi sukcesy w biodrukowaniu ze względu na zdolność maszyny do warstwowania podczas drukowania. Ponieważ skóra jest wielowarstwowym organem, składającym się z różnych komórek w każdej warstwie, naukowcy mają nadzieję, że z czasem biodrukowanie pomoże w reprodukcji warstw skóry, takich jak skóra właściwa i naskórek .
Naukowcy z Wake Forest School of Medicine w Karolinie Północnej dokładnie przyglądają się temu w przypadku ofiar oparzeń, które nie mają wystarczająco dużo nieuszkodzonej skóry, aby ją zebrać w celu pomocy w opiece nad raną i jej gojeniu. W tym przypadku biodrukarka pobierałaby informacje o ranie pacjenta ze skanera (w tym głębokość i potrzebne typy komórek), aby pomóc w stworzeniu nowej skóry , która mogłaby być następnie wykorzystana u pacjenta.
Na Pennsylvania State University naukowcy pracują nad technologią biodruku 3D, która może tworzyć chrząstki pomagające w naprawie tkanek w kolanach i innych obszarach, które często ulegają zużyciu na skutek zużycia organizmu, a także skóry i innych tkanek układu nerwowego, które są niezbędne do zdrowia narządów.
Biodrukowanie naczyń krwionośnych
Możliwość odtworzenia naczyń krwionośnych za pomocą biodrukarki jest pomocna nie tylko w przypadku możliwości przeszczepienia ich bezpośrednio pacjentowi, ale także w testach leków i spersonalizowanej medycynie . Naukowcy z Brigham and Women’s Hospital poczynili postępy w tej dziedzinie medycyny, drukując włókna agarozowe, które służą jako naczynia krwionośne. Naukowcy odkryli, że te biodrukowane naczynia krwionośne są wystarczająco silne, aby się poruszać i tworzyć większe sieci, zamiast rozpuszczać się wokół istniejącej struktury.
Słowo od Health Life Guide
Badania prowadzone przy użyciu biodruku są fascynujące i chociaż poczyniono duże postępy w wiedzy na temat możliwości biodrukowania kości, skóry, naczyń krwionośnych, chrząstek, a nawet organów, to wciąż pozostaje wiele do zrobienia, zanim wiele z tych praktyk znajdzie zastosowanie w medycynie.
Niektóre mogą być gotowe wcześniej niż inne. W przypadku biodrukowania i badaczy skóry mają nadzieję, że nauka będzie gotowa w ciągu pięciu lat dla żołnierzy, którzy doznają rozległych oparzeń w walce. Inne obszary biodrukowania, takie jak odtwarzanie organów do użytku przez ludzi, wciąż mają długą drogę do rozwoju.
Jeśli chodzi o naśladowanie procesów zachodzących w organizmie i obserwację interakcji niektórych leków w obrębie większego układu organizmu, biodrukowanie otwiera drzwi do zbierania danych, a także nieinwazyjnych metod obserwowania, w jaki sposób ludzki organizm wchodzi w interakcje z niektórymi substancjami, co może prowadzić do bardziej spersonalizowanej medycyny dla pacjentów i mniejszej liczby skutków ubocznych.