3D-биопринтинг — Для чего необходим 3D-биопринтинг?

3Д-биопринтинг – это технология, по которой создаются объемные детали на основе клеток с применением трехмерной печати. Техника основана на том, что здесь применяется для печати не пластмасса, а гидрогель и настоящие клетки, чтобы получился скаффолд. Гидрогель – это искусственно созданный материал, который поглощает влагу, состоит он из гидрофильных натуральных полимеров, способствующих скоплению и сохранению влаги. Такой гидрогель применяется как биочернила, именно того сырья, из какого в итоге получается требуемый продукт.

 Для чего необходим 3D-биопринтинг?

Биопринтинг на трехмерном принтере позволяет печатать модели органов, это имеющая огромные перспективы технология, которая позволяет выращивать здоровые и живые органы вместо тех, которые повреждены или отсутствуют. Помимо трехмерного принтера, для биопринтинга требуется модель необходимого органа, клетки человека и среда, где будет сохраняться орган до пересадки.

Органы, которые напечатаны с помощью биопринтинга, намного лучше протезов и трансплантатов. Они имеют такие же функции, как и настоящие и не отторгаются из человека, если произведены с ДНК пациента. Биопринтинг уменьшает время, которое требуется для получения необходимого органа и помогает сохранить жизнь пациентам, которые нуждаются в срочной пересадке.

Изготовление трансплантата – очень важный процесс, который постоянно изучается учеными. Массы людей получают травмы либо повреждают ткани или органы. Но увы, не каждый может позволить себе трансплантаты, как минимум, из-за нехватки органов. Чтобы решить данную проблему, ученые из области тканевой инженерии нацелились на изготовление заменителей для совершенствования имеющихся подходов к терапии. Успешные решения в этой отрасли означали бы, что любой, кто получил травму тканей либо органов, мог бы получить в поликлинике моментально инженерную копию и полноценно восстановить организм. Естественно, создание полноценного человеческого органа будет реально еще не скоро, но в данной сфере имеются большие результаты.

Как происходит 3D-биопринтинг?

Группы исследователей и разные предприятия развивают различные виды биопринтинга.

  1. Каркасный – наращивание клеток происходит на неорганическое основание, которое пропадает при создании естественных клеточных связей. Основная трудность – это выбор материала, который является таким же эластичным либо жестким, как и орган, который требуется заменить. У него должна быть оперативная деградация, чтобы материал не мешал процессу укрепления межклеточного матрикса и быстро растворялся, не оставив за собой токсичных соединений. Для каркасного принтинга подойдет гидрогель, титан, желатин, и полимеры из биологических материалов или синтетики.
  2. Бескаркасный – нанесение на основу из гидрогеля готовых клеток. Во время того, как клетки находятся в принтере, они холодные и расположены в сфероидах из гидрогеля. Когда происходит печать, температура клеток становится 36,6. В этот момент сфероиды растворяются, а из клеток создается каркас. Такой тип печати не настолько популярен, как каркасный и является более сложным.
  3. Мимикрия – инновационная технология, по которой разрабатываются полноценные копии органов. Это биопечать на уровне молекул, для мимикрии сейчас проводят тщательные лабораторные исследования клеточной природы.

Способы трехмерной биопечати

  1. Струйные. Первые биопринтеры были струйными. В таких устройствах биоматериал расположен в картриджах. В процессе он распыляется на подложку из гидрогеля. Минус такой печати – нечеткий выброс капель и возможность закупоривания распылителя, из-за чего может погибнуть биоматериал. Струйный тип печати не подойдет для вязких материалов, так как их не получится распылять. Сфера применения такого принтера – воспроизведение костной, мышечной, хрящевой тканей и кожи. Из плюсов – низкая стоимость и возможность массово создавать прототипы.
  2. Микро Экструзионные. Данный вариант используется в неорганической трехмерной печати. Чтобы запустить процесс, применяется пневматическая подача биоматериала в экструдер, который укладывает клетки. Четкость принтера зависит от количества головок. Минус такой техники – если клетки укладывать чересчур плотно, то выживет совсем немного. Зато, эта технология подойдет для трехмерной печати очень плотных органов, здесь тонкая настройка подачи материала, благодаря регуляции давления.
  3. Лазерные – популярны в промышленной сфере, но используются и в биопринтинге. Для печати применяется лазер для нагревания стекла с жидким субстратом клеток. В необходимой точке создается сверхсильное давление, выталкивающее клетки на необходимое место в подложке. Между лучом и стеклом с биологическим материалом помещается отражающий материал, уменьшающий мощность луча. Из минусов — большая концентрация металла в клетках от того, что отражающий элемент испаряется, а также дорогая стоимость процесса. Зато, укладку материала можно держать под контролем на максимум.

Перспективы биопечати

Трехмерная биопечать становится все популярнее. И пока главными клиентами фирм с биопечатью  являются большие фармацевтические компании. Они способствуют ускорению тестирования лекарственных препаратов, проводя опыты сразу на напечатанных человеческих органах.

Биопринтеры не будут находиться в каждой больнице через 5 лет, но отдельные пациенты уже становятся здоровыми, благодаря этой технологии. Развитие биологической печати ведет к медицинской практике, где становится проще избавиться от поврежденной конечности и создать новую, чем заниматься лечением разных сложных травм

В будущем медицина сведет к минимуму механическое вмешательство в организм.

Также, трехмерная печать станет интересной в косметологии и пластической хирургии. Есть вероятность, что в будущем люди смогут менять внешние данные и органы так же просто, как сейчас телефоны.