Тримерно биопринтиране

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към навигацията Направо към търсенето
3D биопринтер

Тримерното биопринтиране (3D биопринтиране) се нарича процесът по създаване на клетъчни щампи в определено ограничено пространство, използвайки технологиите за тримерен печат, като клетъчните функции и жизнеспособност биват запазени в принтирания продукт.[1][2]:1 По принцип, 3D биопринтирането използва метода с послойно нанасяне на материали, известни като биомастила, с цел създаване на подобни на тъкан структури, които впоследствие да се използват за нуждите на медицината и тъканното инженерство.[3] Биопринтирането обхваща широк кръг от материали. Понастоящем може да се използва за отпечатване на тъкани и органи за нуждите на клиничното изпитване на лекарствени средства.[4][5][6] В допълнение, 3D биопринтирането вече включва отпечатването на импланти.[7], които могат да се ползват за регенериране на стави и сухожилия. Първият патент, свързан с тази технология, е подаден за регистрация в САЩ през 2003 година и регистриран през 2006 година.[2]:1[8]

Процес[редактиране | редактиране на кода]

3D биопринтирането като цяло протича в следните три стъпки: предбиопечат, биопечат и постбиопечат.[9][10]

Предбиопечат[редактиране | редактиране на кода]

Предбиопечатът е процес на създаване на модел, който принтерът впоследствие ще създаде, както и избор на материалите, които ще се използват. Една от първите стъпки е да се получи биопсия на органа. Технологиите, обичайно използвани за биопринтиране, са компютърна томография и магнитен резонанс. За послойното отпечатване се прави томографска реконструкция на изображенията и сведени до двумерни проекции се изпращат на принтера за отпечатване. Веднъж след като образът се създаде, определени клетки се изолират и размножават.[9] Тези клетки после се смесват със специален втечнен материал, който осигурява кислород и хранителни вещества, които поддържат клетките живи. В някои случаи клетките се капсулират в клетъчни сфероиди с размер 500μm в диаметър. Такава клетъчна агрегация няма нужда от имплант и се изисква за поставяне в тръбовидни тъкани.[1]:165

Биопечат[редактиране | редактиране на кода]

На втората стъпка, течната смес, наречена „биомастило“ от клетки, междуклетъчно вещество и хранителни вещества, се поставя в касетата на биопринтера и при печата се отлага съгласно медицинските сканирани изображения на пациента.[11] Когато биопринтираната пред-тъкан се премести в инкубатор, тя се развива до тъкан.[12]

Тримерното биопечатане за изработване на биологични конструкти обичайно включва впръскването на клетки върху биосъвместимо скеле (имплант), използвайки последователен послоен подход, за да се генерират тъканоподобни тримерни структури.*[13] Получени с 3D биопринтиране изкуствени органи като черен дроб и бъбрек нямат жизненоважни компоненти като кръвоносни съдове, тубули за събиране на урината и други, и растеж на клетките от порядъка на милиарди. Без тези компоненти, органът няма възможност да си набави основни хранителни вещества и кислород.[13] Предвид, че всяка тъкан в тялото е съставена от различни типове клетки, много технологии за принтиране на тези клетки се различават в способността си да осигурят клетъчната жизнеспособност и стабилност по време на процеса на производство. Някои от методите, използвани за тримерен биопечат, са фотолитография, магнитен биопечат, стереомитография, и директно клетъчно пресоване.[1][14]:196

Постбиопечат[редактиране | редактиране на кода]

Процесът по постбиопечат е нужен, за да се създаде стабилна структура от биологичния материал. Ако процесът не е добре подготвен, се рискуват механичната цялост и функционалност на отпечатания с тримерно принтиране обект.[9] За целта са нужни както механични, така и химически стимулации. С тези стимулации се изпращат сигнали на клетките да контролират ремоделирането и растежа на тъканите. В допълнение, технологията на биореакторите позволява бързото „съзряване“ на тъканите, васкуларизацията (сдобиване с кръвоносна мрежа) на тъканите и способността им да толерират трансплантирани тъкани.[10]

Биореакторите работят като способстват за преноса на хранителни вещества до тъканите, създаване на микросреди, промяна на налягането. Всеки вид биореактор е подходящ за различен вид тъкан, например биореакторите с компресия са подходящи при генерирането на хрущялна тъкан. [1]:198

Източници[редактиране | редактиране на кода]

  1. а б в г Bioprinting: Principles and Applications. Singapore, World Scientific Publishing Co, 2015. ISBN 9789814612104. с. 296. Посетен на 17 февруари 2016.
  2. а б Doyle, Ken. Bioprinting: From patches to parts. // Gen. Eng. Biotechnol. News 34 (10). 15 май 2014. DOI:10.1089/gen.34.10.02. с. 1, 34–5.
  3. Advancing Tissue Engineering: The State of 3D Bioprinting. // 3DPrint.com. Посетен на 9 април 2016. (на английски)
  4. ExplainingTheFuture.com: Bioprinting. // www.explainingthefuture.com. Посетен на 9 април 2016.
  5. Researchers Can Now 3D Print A Human Heart Using Biological Material
  6. Trabeculated embryonic 3D printed heart as proof-of-concept
  7. Thomas, Daniel. Could 3D bioprinted tissues offer future hope for microtia treatment?. // International Journal of Surgery. 24 февруари 2017. Посетен на 24 февруари 2017.
  8. US patent 7051654, Boland, Thomas; Wilson, Jr., William Crisp; Xu, Tao, "Ink-jet printing of viable cells", issued 2006-05-30
  9. а б в Shafiee, Ashkan и др. Printing Technologies for Medical Applications. // Trends in Molecular Medicine 22 (3). 1 март 2016. DOI:10.1016/j.molmed.2016.01.003. с. 254–265.
  10. а б Ozbolat, Ibrahim T.. Bioprinting scale-up tissue and organ constructs for transplantation. // Trends in Biotechnology 33 (7). 1 юли 2015. DOI:10.1016/j.tibtech.2015.04.005. с. 395–400.
  11. Cooper-White, M.. How 3D Printing Could End The Deadly Shortage Of Donor Organs. // Huffpost Science. TheHuffingtonPost.com, Inc, 1 март 2015. Посетен на 17 февруари 2016.
  12. Thomas, Daniel J.. Could 3D bioprinted tissues offer future hope for microtia treatment?. // International Journal of Surgery 32. 1 януари 2016. DOI:10.1016/j.ijsu.2016.06.036. p. 43 – 44. (на английски)
  13. а б Harmon, K.. A sweet solution for replacing organs. // Scientific American 308 (4). 2013. DOI:10.1038/scientificamerican0413-54. с. 54 – 55. Посетен на 17 февруари 2016.
  14. 3Dynamic Systems' crosslinking 3D bioprinting method could one day be used to treat Microtia. // 3ders.org. Посетен на 1 юни 2017. (на английски)
Криейтив Комънс - Признание - Споделяне на споделеното Лиценз за свободна документация на ГНУ Тази страница частично или изцяло представлява превод на страницата „3D bioprinting“ в Уикипедия на английски. Оригиналният текст, както и този превод, са защитени от Лиценза „Криейтив Комънс - Признание - Споделяне на споделеното“, а за съдържание, създадено преди юни 2009 година — от Лиценза за свободна документация на ГНУ. Прегледайте историята на редакциите на оригиналната страница, както и на преводната страница. Вижте източниците на оригиналната статия, състоянието ѝ при превода, и списъка на съавторите.