РЕКЛАМА

Конструисање „правих“ биолошких структура коришћењем 3Д биоштампања

У великом напретку у техници 3Д биоштампања, ћелије и ткива су створени да се понашају у свом природном окружењу како би се конструисале 'праве' биолошке структуре

3Д штампа је поступак у коме се материјал додаје и на тај начин спаја или учвршћује под дигиталном контролом рачунара како би се створио тродимензионални објекат или ентитет. Брза израда прототипа и адитивна производња су други термини који се користе да опишу ову технику стварања сложених објеката или ентитета слојевитошћу материјала и постепеном изградњом – или једноставно 'адитивним' методом. Ова изузетна технологија постоји већ три деценије након што је званично откривена 1987. године, а тек недавно је гурнута у средиште пажње и популарност као не само средство за производњу прототипова, већ и пружање пуноправних функционалних компоненти. Такав је потенцијал могућности 3D штампајући да сада покреће велике иновације у многим областима укључујући инжењеринг, производњу и медицину.

Доступне су различите врсте адитивних метода производње које прате исте кораке за постизање коначног резултата. У првом кључном кораку, дизајн се креира помоћу ЦАД (Цомпутер-Аидед-Десигн) софтвера на рачунару – који се зове дигитални нацрт. Овај софтвер може предвидети како ће коначна структура испасти и такође се понашати, тако да је овај први корак од виталног значаја за добар резултат. Овај ЦАД дизајн се затим конвертује у технички формат (који се назива .стл датотека или стандардни језик за теселацију) који је неопходан да би 3Д штампач могао да тумачи упутства дизајна. Затим, 3Д штампач треба да се подеси (слично обичном, кућном или канцеларијском 2Д штампачу) за стварно штампање – то укључује конфигурисање величине и оријентације, одабир пејзажних или портретних отисака, пуњење кертриџа за штампач правим прахом . Тхе КСНУМКСД принтер затим започиње процес штампања, постепено изграђујући дизајн један по један микроскопски слој материјала. Овај слој је обично дебљине око 0.1 мм, иако се може прилагодити тако да одговара одређеном објекту који се штампа. Целокупна процедура је углавном аутоматизована и није потребна никаква физичка интервенција, само периодичне провере како би се осигурала исправна функционалност. За завршетак одређеног објекта потребно је неколико сати до дана, у зависности од величине и сложености дизајна. Даље, пошто је то 'адитивна' методологија, она је економична, еколошки прихватљива (без губитка) и такође пружа много већи простор за дизајн.

Следећи ниво: 3Д биоштампање

Биопринтинг је проширење традиционалног 3Д штампања са недавним напретком који омогућава да се 3Д штампање примени на биолошке живе материјале. Док се 3Д инкјет штампа већ користи за развој и производњу напредних медицинских уређаја и алата, потребно је развити корак даље да би се штампали, видели и разумели биолошки молекули. Кључна разлика је у томе што се за разлику од инкјет штампе, биоштампање заснива на био-мастилу, које се састоји од структура живих ћелија. Дакле, у биоштампању, када се унесе одређени дигитални модел, специфично живо ткиво се штампа и гради слој по слој ћелије. Због веома сложених ћелијских компоненти живог тела, 3Д биоштампање напредује споро, а сложености као што су избор материјала, ћелија, фактора, ткива представљају додатне процедуралне изазове. Ове сложености се могу решити проширењем разумевања интеграцијом технологија из интердисциплинарних области као што су биологија, физика и медицина.

Велики напредак у биоштампању

У студији објављеној у Напредни функционални материјали, истраживачи су развили технику 3Д биоштампања која користи ћелије и молекуле који се обично налазе у природним ткивима (њиховом природном окружењу) за креирање конструкција или дизајна који подсећају на 'праве' биолошке структуре. Ова посебна техника биоштампе комбинује 'молекуларно самосастављање' са '3Д штампањем' да би се створиле сложене биомолекуларне структуре. Молекуларно самосастављање је процес којим молекули сами усвајају дефинисани аранжман да би извршили одређени задатак. Ова техника интегрише 'микро- и макроскопску контролу структурних карактеристика' коју '3Д штампање' пружа са 'молекуларном и нано-контролом' омогућеном 'молекуларним самосастављањем'. Користи моћ молекуларног самосастављања да стимулише ћелије које се штампају, што је иначе ограничење у 3Д штампању када уобичајено 'мастило за 3Д штампање' не пружа ово средство.

Researchers ‘embedded’ structures in ‘bio ink’ which is similar to their native environment inside the body making the structures behave as they would in the body. This bio-ink, also called the self-assembling ink helps to control or modulate chemical and physical properties during and after the printing, which then allows to stimulate cell behaviour accordingly. The unique mechanism when applied to биопринтинг омогућава нам да запажамо како ове ћелије раде у свом окружењу, дајући нам на тај начин снимак и разумевање стварног биолошког сценарија. Повећава могућност изградње 3Д биолошких структура штампањем више типова биомолекула способних да се склапају у добро дефинисане структуре на више нивоа.

Будућност је велика нада!

Истраживање биопринтинга се већ користи за генерисање различитих типова ткива и стога може бити веома важно за ткивни инжењеринг и регенеративну медицину како би одговорили на потребу за ткивима и органима погодним за трансплантацију – кожа, кост, трансплантације, срчано ткиво итд. Даље, техника отвара широку лепезу могућности за пројектовање и креирање биолошких сценарија као што су сложена и специфична ћелијска окружења како би се омогућио просперитет ткивног инжењеринга стварним стварањем објеката или конструкција – под дигиталном контролом и са молекуларном прецизношћу – који личе или опонашају ткива у телу. Модели живог ткива, костију, крвних судова и, потенцијално и целих органа, могуће је креирати за медицинске процедуре, обуку, тестирање, истраживање и иницијативе за откривање лекова. Веома специфична генерација прилагођених конструката специфичних за пацијенте може помоћи у дизајнирању тачних, циљаних и персонализованих третмана.

Једна од највећих препрека за биоштампање и 3Д инкјет штампање уопште био је развој напредног, софистицираног софтвера који ће одговорити на изазов у ​​првом кораку штампања – креирање одговарајућег дизајна или нацрта. На пример, нацрт неживих објеката може се лако креирати, али када је у питању креирање дигиталних модела, рецимо, јетре или срца, то је изазовно и није једноставно као већина материјалних објеката. Биоштампање дефинитивно има мноштво предности – прецизну контролу, поновљивост и индивидуални дизајн, али је и даље оптерећено неколико изазова – најважнији је укључивање више типова ћелија у просторну структуру пошто је животно окружење динамично, а не статичко. Ова студија је допринела унапређењу 3Д биоштампања и многе препреке се могу уклонити пратећи њихове принципе. Јасно је да прави успех биоштампања има неколико аспеката везаних за њега. Најважнији аспект који може оснажити биоштампање је развој релевантних и одговарајућих биоматеријала, побољшање резолуције штампе, као и васкуларизација како би се ова технологија могла успешно применити клинички. Чини се да је немогуће 'створити' потпуно функционалне и одрживе органе за трансплантацију људи биоштампањем, али ипак ово поље брзо напредује и доста развоја је у првом плану за само неколико година. Требало би да буде изводљиво да се превазиђе већина изазова везаних за биоштампање јер су истраживачи и биомедицински инжењери већ на путу успешног комплексног биоштампања.

Неки проблеми са Биопринтингом

Критична тачка која се поставља у области биоштампања је да је у овој фази готово немогуће тестирати ефикасност и безбедност било ког биолошког 'персонализованог' третмана који се нуди пацијентима користећи ову технику. Такође, трошкови повезани са таквим третманима су велики проблем, посебно када је у питању производња. Иако је веома могуће развити функционалне органе који могу да замене људске органе, али чак и тада, тренутно не постоји сигуран начин да се процени да ли ће тело пацијента прихватити ново ткиво или настали вештачки орган и да ли ће такве трансплантације бити успешне. све.

Биопринтинг је растуће тржиште и фокусираће се на развој ткива и органа, а можда би за неколико деценија били видљиви нови резултати у 3Д штампаним људским органима и трансплантацијама. 3Д биопринтинг ће и даље бити најважнији и најрелевантнији медицински развој нашег живота.

***

{Можете да прочитате оригинални истраживачки рад тако што ћете кликнути на линк ДОИ дат у наставку на листи цитираних извора}

Извор (и)

Хедегаард ЦЛ 2018. Хидродинамички вођено хијерархијско самосастављање пептидно-протеинских биоинкс. Напредни функционални материјалиhttps://doi.org/10.1002/adfm.201703716

Тим СЦИЕУ
Тим СЦИЕУhttps://www.ScientificEuropean.co.uk
Сциентифиц Еуропеан® | СЦИЕУ.цом | Значајан напредак у науци. Утицај на човечанство. Инспиративни умови.

Пријавите се на наш билтен

Да будете у току са свим најновијим вестима, понудама и специјалним најавама.

Најгледанији чланци

Протеус: Први материјал који се не може сећи

Слободан пад грејпфрута са 10 м не оштећује...

Употреба наножица за производњу сигурнијих и снажнијих батерија

Студија је открила начин да се направе батерије које...

Да ли појединачна доза вакцине против ЦОВИД-19 пружа заштиту од варијанти?

Недавна студија сугерише да појединачна доза Пфизер/БиоНТецх...
- Адвертисемент -
94,519Фановикао
47,682ЧитаоциПратити
1,772ЧитаоциПратити
30ПретплатникаПријавите се