Conţinut
- Cum funcționează bioprintarea
- Bioprintarea pe un cip
- Bioprintare și grefe osoase
- Bioprintare și piele și țesut regenerativ
- Bioprintarea vaselor de sânge
Cum funcționează bioprintarea
O imprimantă 3D este capabilă să ofere adâncime oricărui tipărit, iar o bioprinter face acest lucru distribuind biomateriale precum celule vii, lipici sintetic și schele de colagen în straturi pentru a crea un obiect. Acest proces se numește fabricare aditivă - materialele introduse în imprimantă se solidifică pe măsură ce vin să creeze un obiect 3D.
Dar nu este la fel de simplu ca introducerea materialelor într-o imprimantă 3D și apăsarea unui buton. Pentru a ajunge la etapa de fabricație aditivă, imprimanta trebuie să primească un plan - o imagine generată de computer a ceea ce încearcă să creeze. Apoi, materialele pe care doriți să le utilizați pentru obiectul introdus în imprimantă. Imprimanta citește fișierul digital pe care i l-ați dat în timp ce tipăriți materialele pe care i le-ați dat în straturi pentru a recrea obiectul dorit. Fiecare strat se va răci și se va lipi unul de altul (datorită colagenului, adezivului sau, în unele cazuri, doar celulelor în sine), creând o singură piesă solidă și stabilă.
Pentru a face ca celulele vii (denumite în mod obișnuit bioink) să se alimenteze într-o bioprinteră, există o serie de căi pe care cercetătorii le pot lua. În primul rând, pot fi luate direct de la pacientul pentru care sunt bioprintriți. Sau, dacă sunt utilizate în scopuri de cercetare sau în cazuri în care nu pot utiliza propriile celule ale pacientului, pot fi utilizate celule stem adulte, deoarece pot fi manipulate pentru tipul de celule necesare pentru bioprintare pentru a recrea țesuturi.
Planul pe care îl folosește un bioprinter este adesea o scanare a pacientului. Acest lucru permite bioprinterului să recreeze țesuturi, referindu-se la scanare și folosind straturi subțiri și precise, pentru a construi sau tipări țesutul.
Bioprintarea pe un cip
Unul dintre modurile în care bioprintarea 3D este utilizată în prezent în comunitățile științifice și medicale este testarea medicinei regenerative. La Institutul Wyss de la Harvard, cercetătorii au dezvoltat o bioprinter 3D care poate produce țesuturi vascularizate ale celulelor umane vii, care sunt imprimate pe un cip. Ei folosesc acest țesut pe un cip pentru a-l conecta la un canal vascular, care permite cercetărilor să dea nutrienților țesutului pentru a monitoriza creșterea și dezvoltarea.
Capacitatea de a dezvolta țesut pe un cip îi ajută pe cercetători să examineze noi tehnici în medicina regenerativă, precum și testarea medicamentelor. Folosind un bioprinter 3D cercetătorii sunt, de asemenea, capabili să analizeze diferite metode de creare a cipurilor. O realizare a fost în crearea unei inimi pe un cip, cu senzori pentru scopuri de cercetare și colectare de date. Este posibil să fi necesitat anterior testarea pe animale sau alte măsuri.
Bioprintare și grefe osoase
Când vine vorba de practicarea medicinei, mai sunt multe de învățat și de testat în crearea de organe bioprintate care sunt adaptate la dimensiunea umană. Dar se fac pași considerabili, cum ar fi în zona altoirii oaselor pentru a remedia problemele cu oasele și articulațiile care le înconjoară.
Cel mai notabil progres vine de la cercetătorii de la Swansea University din Țara Galilor. Bioimprimantele echipei pot crea materiale osoase artificiale în forme specifice necesare folosind un material regenerabil și durabil. Cercetătorii de la AMBER Science Foundation Ireland și Trinity College din Dublin, Irlanda au creat un proces pentru a sprijini bioprintarea 3D a materialului osos pentru a ajuta la defectele cauzate de rezecțiile tumorale, traume și infecții, precum și deformările genetice ale oaselor.
Universitatea din Nottingham din Anglia a realizat, de asemenea, câștiguri în acest domeniu al medicinii, bioprintând o copie a osului pe care îl înlocuiesc și acoperindu-l cu celule stem. Schela este plasată în interiorul corpului. În timp, cu ajutorul celulelor stem, acesta este complet înlocuit de un os nou.
Bioprintare și piele și țesut regenerativ
Pielea este un domeniu de succes al medicamentelor pentru bioprintare datorită capacității mașinii de a acoperi pe măsură ce imprimă. Deoarece pielea este un organ multistrat, format din celule diferite în cadrul fiecărui strat, cercetătorii speră că în timp bioprintarea poate ajuta la reproducerea straturilor pielii, cum ar fi dermul și epiderma.
Cercetătorii de la Școala de Medicină Wake Forest din Carolina de Nord analizează cu atenție acest lucru atunci când vine vorba de arderea victimelor care nu au suficientă piele nedeteriorată pentru a recolta, pentru a ajuta la îngrijirea și vindecarea rănilor. În acest caz, bioprinterul va obține informațiile despre rănile acelui pacient de la un scaner (inclusiv adâncimea și tipurile de celule necesare) pentru a ajuta la crearea unei noi piele care ar putea fi apoi utilizată pe pacient.
La Universitatea de Stat din Pennsylvania, cercetătorii lucrează la bioprintarea 3D care poate crea cartilaj pentru a ajuta la repararea țesuturilor din genunchi și a altor zone uzate în mod obișnuit de uzură în corp, precum și a pielii și a altor țesuturi ale sistemului nervos esențiale pentru sănătatea organelor .
Bioprintarea vaselor de sânge
Capacitatea de a recrea vasele de sânge folosind o bioprinter este utilă nu numai în posibilitatea de a le putea transfera direct la un pacient, ci și pentru testarea medicamentelor și medicina personalizată. Cercetătorii de la Brigham and Women’s Hospital au obținut câștiguri în acest domeniu al medicinei prin imprimarea fibrelor de agaroză care servesc drept vase de sânge. Cercetătorii au descoperit că aceste vase de sânge bioprintate sunt suficient de puternice pentru a se mișca și a forma rețele mai mari, decât să se dizolve în jurul unei structuri existente.
Un cuvânt de la Verywell
Cercetarea care rezultă din bioprintare este fascinantă și, deși au existat progrese semnificative în ceea ce privește cunoștințele și câștigurile obținute din capacitatea de a bioprinta oasele, pielea, vasele de sânge, cartilajul și chiar organele, există încă mult mai multe progrese de făcut înainte de mulți dintre aceste practici sunt adaptate în medicină.
Unele s-ar putea să fie gata mai devreme decât altele. În cazul bioimprimării și cercetătorului de piele speră să aibă știința pregătită în termen de cinci ani pentru soldații care suferă arsuri extinse în luptă. Alte domenii ale bioimprimării, cum ar fi recrearea de organe pentru a fi utilizate de oameni, mai au încă o cale de parcurs în dezvoltare.
Când vine vorba de imitarea proceselor organismului și de observarea interacțiunii anumitor medicamente în cadrul sistemului mai mare al corpului, bioprintarea a deschis porți în colectarea de date, precum și modalități neinvazive de a vedea cum interacționează corpul uman cu anumite substanțe, ceea ce ar putea duce la medicament mai personalizat pentru pacient și mai puține efecte secundare.