Bioprinter представляют собой особый тип 3D-принтера. На основе компьютерной инженерии тканей они могут производить ткани или биомассивы. В будущем с их помощью можно будет создавать органы и искусственных живых существ.
Что такое биопринтер?
Биопринтеры - это технические устройства для трехмерной печати биологических тканей и органов путем переноса их в живые клетки. Эта область 3D-печати все еще находится на экспериментальной стадии и в основном исследуется в рамках научных исследований в университетах. Цель состоит в том, чтобы создать возможность производства функциональных замещающих тканей и органов, которые можно было бы использовать в лечении.
Термин, используемый для описания биопринтера, называется биопечатью. Биопечать начинается с определения основного состава ткани-мишени или органа-мишени. Биопринтер используется только в лабораторных условиях. В результате специальный 3D-принтер хранит и формирует тонкие слои клеток с помощью печатающей головки. Для этого головка биопринтера перемещается влево, вправо, вверх или вниз.
Биопринтеры используют биочернила или журналы биотехнологий для создания органических материалов. Это биополимеры с клетками живых существ и гидрогелем с содержанием воды до 90%. Свойство потока должно быть рассчитано точно. С одной стороны, масса должна быть достаточно жидкой, чтобы канюли шприцев не забивались, а с другой стороны, она должна быть достаточно твердой, чтобы структура мишени была прочной.
Другие применения биопечати включают трансплантаты, хирургическую терапию, тканевую инженерию и реконструктивную хирургию.
Формы, типы и типы
В настоящее время биопринтеры очень редко используются в коммерческом секторе. Поскольку биопечать находится в стадии разработки, зрелые типы или типы биопринтеров в настоящее время не проверяются. В принципе, однако, для биопечати можно использовать любой 3D-принтер. Для этого обычно используемый порошок ПВХ необходимо заменить соответствующими ячейками. Также проходят испытания процессы, с помощью которых можно создавать биопринтеры из обычных струйных принтеров.
Биочернила должны соответствовать высоким требованиям. Например, каждое вещество, которое будет использоваться в клинических целях, должно соответствовать строгим международным требованиям. Прежде чем их можно будет использовать в биопечати, такие вещества должны пройти годы испытаний.
Структура и функциональность
Функциональность биопринтера очень похожа на принцип работы обычного 3D-принтера. Формы создаются с помощью экструдера. Однако используется не порошок ПВХ, как в случае с обычными 3D-принтерами, а полимерный гель, обычно на основе альгината.
Современные биопринтеры, которые иногда используются на практике, производят капли, каждая из которых содержит от 10 000 до 30 000 отдельных клеток. Организация этих отдельных клеток должна объединиться, чтобы сформировать функциональные тканевые структуры на основе соответствующих факторов роста.
Биопринтеры требуют контроля температуры для точной печати. Современные биопринтеры пространственно очень велики и могут достигать нескольких метров в ширину, длину и высоту. Плунжеры шприцев управляются компьютером, который обычно находится вне принтера. Основой для этого служат данные 3D-модели, доступные в цифровом виде. Биочернила выдавливаются из восьми распылительных форсунок, и предполагаемая структура создается на платформе.
Польза для медицины и здоровья
В принципе, биопринтеры предполагается использовать, в частности, в трех областях: в медицине, пищевой промышленности и в синтетической биологии. В медицине возможно и запланировано использование биопринтеров в таких областях, как хирургическая терапия, реконструктивная хирургия, донорство органов и трансплантация.Главное преимущество очевидно, особенно для органов из биопринтеров: точная адаптация к телу, предназначенному для трансплантации. Таким образом можно остановить поиск подходящего донорского органа, подходящего для принимающего органа.
В реконструктивной хирургии ожидается упрощение и улучшение. Здесь возможны процедуры, при которых клетки берутся у пациента из разных частей тела - например, из ушей, пальцев и колен. Эти клетки размножаются в лаборатории. Затем добавляется биополимер. Теоретически из такой суспензии биопринтер может построить трансплантат. Это используется для пациента. Затем собственные клетки организма со временем разрушают биополимер. Особым преимуществом может быть то, что трансплантат не отторгается организмом. Кроме того, такой трансплантат мог расти вместе с телом. Причина этого положительного свойства заключается в том, что имплантат связан с контролем роста пациента.
Область исследований по использованию биопринтеров в медицине продолжает расти. На данный момент сделать трансплантаты из хряща, как нос, очень возможно. Более критично рассматривается производство органов тела. В частности, количество капилляров, необходимых для снабжения органов, в настоящее время невозможно представить с необходимой точностью. Другая проблема может возникнуть из-за того, что в таких сложных структурах, как органы тела, разные клетки должны быть скоординированы и общаться друг с другом, чтобы иметь возможность выполнять разные функции.
Биопринтеры также могут использоваться для производства мяса в пищевой промышленности. По их собственным заявлениям, первые компании уже успешно напечатали такую продукцию. Они должны быть вкусными и менее дорогими, чем убойный. Однако в настоящее время в магазинах нет мяса, напечатанного методом биопечати.
