Bioprinter

Bioprinter on 3D-printeri eritüüp. Arvutikontrollitud koetehnoloogia alusel saavad nad toota kudesid või biokihte. Tulevikus peaks nende abiga olema võimalik toota elundeid ja kunstlikke elusolendeid.

Mis on bioprinter?

Bioprinterid on tehnilised seadmed bioloogiliste kudede ja elundite kolmemõõtmeliseks printimiseks, kandes need elusrakkudesse. 3D-printimise see valdkond on alles katsejärgus ja seda uuritakse peamiselt ülikoolide teadusuuringutes. Selle eesmärk on luua võimalus toota funktsionaalseid kudesid ja elundeid, mida saab kasutada ravis.

Bioprindi kirjeldamiseks kasutatud terminit nimetatakse bioprintimiseks. Bioprint algab sihtkoe või sihtorgani põhikompositsioonist. Bioprinteri kasutatakse ainult laborikeskkonnas. Spetsiaalne 3D-printer salvestab ja moodustab selle tulemusel prindipea kaudu õhukesed lahtrikihid. Selleks liigub bioprinteri pea vasakule, paremale, üles või alla.

Bioprinterid kasutavad orgaaniliste materjalide ehitamiseks biotinti või bioprotsesside logisid. Need on elusolendite rakkudega biopolümeerid ja kuni 90% veega hüdrogeel. Vooluomadused tuleb täpselt arvutada. Ühest küljest peab mass olema piisavalt vedel, et süstalde kanüülid ei ummistaks, ja teisest küljest peab see olema piisavalt kindel, et sihtmärgi struktuur oleks vastupidav.

Muud bioprintimiseks kasutatavad kasutusalad hõlmavad siirdamist, kirurgilist ravi, kudede töötlemist ja rekonstrueerivat kirurgiat.

Kujundid, tüübid ja tüübid

Praegu kasutatakse bioprintereid kaubandussektoris ainult väga harva. Kuna bioprintimine on väljatöötamisetapis, ei kontrollita küpset tüüpi ega bioprinteritüüpe praegu. Põhimõtteliselt saab bioprintideks kasutada aga ükskõik millist 3D-printerit. Selleks tuleb tavaliselt kasutatav PVC-pulber asendada sobivate lahtritega. Samuti katsetatakse meetodeid, mille abil on võimalik bioprintereid välja töötada tavalistest tindiprinteritest.

Biotint peab vastama kõrgetele nõuetele. Näiteks peab iga kliiniliseks otstarbeks kasutatav aine vastama rangetele rahvusvahelistele nõuetele. Enne nende kasutamist bioprintimisel tuleb selliseid aineid aastaid katsetada.

Struktuur ja funktsionaalsus

Bioprinteri toimimine on väga sarnane tavalise 3D-printeri funktsionaalsele põhimõttele. Vormide ehitamiseks kasutatakse ekstruuderit. Siiski ei kasutata PVC-pulbrit, nagu tavaliste 3D-printerite puhul, vaid polümeergeeli, mis põhineb tavaliselt alginaadil.

Praegused bioprinterid, mida aeg-ajalt praktikas kasutatakse, toodavad tilka, millest igaüks sisaldab 10 000–30 000 üksikut rakku. Nende üksikute rakkude korraldus peaks koos moodustama funktsionaalsed kudestruktuurid vastavate kasvufaktorite alusel.

Bioprinterid vajavad täpseks printimiseks temperatuuri kontrolli. Praegused bioprinterid on ruumiliselt väga suured ja nende laius, pikkus ja kõrgus võib olla mitu meetrit. Süstalde kolbi juhitakse arvuti abil, mis tavaliselt asub väljaspool printerit. Selle aluseks on 3D-mudeli digitaalselt kättesaadavad andmed. Bio-tint pressitakse välja kuni kaheksast pihustusotsikust ja kavandatud struktuur ehitatakse platvormile.

Meditsiiniline ja tervislik kasu

Põhimõtteliselt tuleb bioprintereid kasutada eelkõige kolmes valdkonnas: meditsiinis, toiduainetööstuses ja sünteetilises bioloogias. Meditsiinis on bioprinterite kasutamine kirurgilise teraapia, rekonstrueeriva kirurgia, elundidoonorluse ja siirdamise alamvaldkondades mõeldav ja kavandatav.Suur eelis on ilmne, eriti bioprinterite elundite puhul: täpne kohanemine siirdamiseks mõeldud kehaga. Sel viisil saab peatada vastuvõtvale kehale sobiva doonororgani otsingu.

Taastavas kirurgias on oodata lihtsustamist ja parendamist. Siin on mõeldav protseduur, mille käigus võetakse patsiendilt rakke keha erinevatest osadest, näiteks kõrvadest, sõrmedest ja põlvedest. Neid rakke paljundatakse laboris. Seejärel lisatakse biopolümeer. Bioprinter saab teoreetiliselt sellisest suspensioonist siirdamise ehitada. Seda kasutatakse patsiendi jaoks. Seejärel lagundavad keha enda rakud aja jooksul biopolümeeri. Eriline eelis võiks olla see, et keha ei lükka siirdamist tagasi. Lisaks võib selline siirdamine kehaga kasvada. Selle positiivse omaduse põhjus on see, et implantaat on seotud patsiendi kasvu kontrolliga.

Bioprinterite meditsiinis kasutamise uurimisvaldkond kasvab jätkuvalt. Praegu on kõhredest, nagu ninast, pookide tegemine väga mõeldav. Kehaorganite tootmist nähakse kriitilisemalt. Eelkõige ei saa praegu elundite varustamiseks vajalike kapillaaride arvu ette kujutada nõutava täpsusega. Teine probleem võib tekkida sellest, et sellistes keerukates struktuurides nagu kehaorganid, tuleb erinevad rakud erinevate funktsioonide täitmiseks koordineerida ja omavahel suhelda.

Bioprintereid saab kasutada ka toiduainetööstuses liha tootmiseks. Nende endi avalduste kohaselt on esimesed ettevõtted sellised tooted juba edukalt välja printinud. Need peaksid olema maitsvad ja tapmisest odavamad. Bioprintidega trükitud liha pole aga praegu poodides saadaval.