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.
Содержание страницы
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.
- 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.
- 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.
- 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
- 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.
- 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.
- 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.