Содержание
- Как работает биопечать
- Биопечать на чипе
- Биопечать и костные трансплантаты
- Биопечать и регенерация кожи и тканей
- Биопечать кровеносных сосудов
Как работает биопечать
3D-принтер может придать глубину всему, что он печатает, а биопринтер делает это, распределяя биоматериалы, такие как живые клетки, синтетический клей и коллагеновые каркасы, слоями для создания объекта. Этот процесс называется аддитивным производством - материалы, подаваемые в принтер, затвердевают, когда они выходят, чтобы создать трехмерный объект.
Но это не так просто, как поместить материалы в 3D-принтер и нажать кнопку. Чтобы перейти на стадию аддитивного производства, принтер должен получить чертеж - компьютерное изображение того, что он пытается создать. Затем материалы, которые вы хотите использовать для объекта, подаются в принтер. Принтер считывает предоставленный вами цифровой файл, одновременно распечатывая предоставленные вами материалы слоями, чтобы воссоздать желаемый объект. Каждый слой остывает и прилипает друг к другу (благодаря коллагену, клею или, в некоторых случаях, самим клеткам), образуя один прочный, стабильный кусок.
Чтобы заставить живые клетки (обычно называемые биочернилами) питаться биопринтером, исследователи могут пойти по ряду путей. Во-первых, их можно взять непосредственно у пациента, которому они делают биопечать. Или, если они используются в исследовательских целях или в тех случаях, когда они не могут использовать собственные клетки пациента, можно использовать взрослые стволовые клетки, так как с ними можно изменять тип клеток, необходимых для биопечати для воссоздания ткани.
Чертеж, который использует биопринтер, часто является сканированием пациента. Это позволяет биопринтеру воссоздавать ткань, обращаясь к сканированию и используя тонкие, точные слои для создания или печати ткани.
Биопечать на чипе
Одним из способов использования 3D-биопечати в настоящее время в научных и медицинских кругах является тестирование регенеративной медицины. В Институте Висса в Гарварде исследователи разработали трехмерный биопринтер, который может производить васкуляризированные ткани живых клеток человека, которые печатаются на чипе. Они используют эту ткань на чипе, чтобы соединить ее с сосудистым каналом, что позволяет исследователям давать тканям питательные вещества для отслеживания роста и развития.
Способность выращивать ткань на чипе помогает исследователям изучать новые методы регенеративной медицины, а также испытания лекарств. Используя 3D-биопринтер, исследователи также могут изучить различные методы создания чипов. Одним из достижений было создание сердца на чипе с датчиками для исследований и сбора данных. Это могло потребовать ранее тестирования на животных или других мер.
Биопечать и костные трансплантаты
Когда дело доходит до практики в медицине, еще многое предстоит изучить и проверить, чтобы создать органы с биопечатью, адаптированные к человеческим размерам. Но предпринимаются значительные шаги, например, в области костной пластики, чтобы исправить проблемы с костями и окружающими их суставами.
Наиболее заметный прогресс достигнут исследователей из Университета Суонси в Уэльсе. Биопринтеры команды могут создавать искусственные костные материалы определенной формы, используя регенерирующий и прочный материал. Исследователи из научного фонда AMBER в Ирландии и Тринити-колледжа в Дублине, Ирландия, создали процесс для поддержки трехмерной биопечати костного материала для устранения дефектов, вызванных резекцией опухоли, травмой и инфекцией, а также генетическими деформациями костей.
Ноттингемский университет в Англии также добился успехов в этой области медицины, сделав биопечать копии кости, которую они заменяют, и покрыть ее стволовыми клетками. Каркас размещается внутри тела. Со временем с помощью стволовых клеток она полностью заменяется новой костью.
Биопечать и регенерация кожи и тканей
Кожа - это успешная область медицины для биопечати, поскольку машина способна накладывать слои во время печати. Поскольку кожа - многослойный орган, состоящий из разных клеток внутри каждого слоя, исследователи надеются, что со временем биопечать может помочь в воспроизведении слоев кожи, таких как дерма и эпидермис.
Исследователи из Медицинской школы Уэйк Форест в Северной Каролине внимательно изучают этот вопрос, когда речь идет о жертвах ожогов, у которых недостаточно неповрежденной кожи для сбора урожая, чтобы помочь с уходом и заживлением ран. В этом случае биопринтер получит от сканера информацию о ране пациента (включая глубину и необходимые типы клеток), чтобы помочь создать новую кожу, которую затем можно будет использовать на пациенте.
В Государственном университете Пенсильвании исследователи работают над 3D-биопечатью, которая может создать хрящ, чтобы помочь восстановить ткани в коленях и других областях, которые обычно изнашиваются в результате износа в организме, а также кожи и других тканей нервной системы, необходимых для здоровья органов. .
Биопечать кровеносных сосудов
Возможность воссоздания кровеносных сосудов с помощью биопринтера полезна не только с точки зрения возможности трансплантации их непосредственно пациенту, но также для тестирования на наркотики и персонализированной медицины. Исследователи из Brigham and Women’s Hospital добились успехов в этой области медицины, напечатав волокна агарозы, которые служат кровеносными сосудами. Исследователи обнаружили, что эти кровеносные сосуды с биопечатью достаточно сильны, чтобы двигаться и образовывать более крупные сети, а не растворяться вокруг существующей структуры.
Слово от Verywell
Исследования, основанные на биопечати, увлекательны, и, хотя был достигнут значительный прогресс в знаниях и выгодах, полученных благодаря способности биопечати костей, кожи, кровеносных сосудов, хрящей и даже органов, еще предстоит сделать гораздо больший прогресс, прежде чем многие из этих практик адаптированы в медицине.
Однако некоторые могут быть готовы раньше, чем другие. В случае биопечати и исследования кожи исследователи надеются в течение пяти лет подготовить научные данные для солдат, получивших обширные ожоги в бою. Другие области биопечати, такие как воссоздание органов для использования людьми, все еще нуждаются в разработке.
Когда дело доходит до имитации процессов в организме и наблюдения за взаимодействием определенных лекарств в более крупной системе организма, биопечать открыла двери для сбора данных, а также неинвазивных способов увидеть, как человеческий организм взаимодействует с определенными веществами, что может привести к более персонализированная медицина для пациентов и меньше побочных эффектов.