Innehåll
- Hur bioprinting fungerar
- Bioprinting på en chip
- Bioprinting och bentransplantat
- Bioprinting och regenerativ hud och vävnad
- Bioprinting blodkärl
Hur bioprinting fungerar
En 3D-skrivare kan ge djup till vad den än skriver ut, och en bioprinter gör det genom att distribuera biomaterial som levande celler, syntetiskt lim och kollagenställningar i lager för att skapa ett objekt. Denna process kallas additiv tillverkning - materialet som matas in i skrivaren stelnar när de kommer ut för att skapa ett 3D-objekt.
Men det är inte så enkelt som att lägga material i en 3D-skrivare och trycka på en knapp. För att komma till tillverkningsstadiet för tillsatser måste skrivaren få en ritning - en datorgenererad bild av vad den försöker skapa. Därefter matas materialet som du vill använda för objektet in i skrivaren. Skrivaren läser den digitala filen som du har gett den när du skriver ut materialet du gav den i lager för att återskapa det önskade objektet. Varje lager kommer att svalna och hålla fast vid varandra (tack vare kollagen, lim eller i vissa fall bara cellerna själva), vilket skapar en solid, stabil bit.
För att få levande celler (vanligtvis kallad bioink) att matas in i en bioprinter finns det ett antal vägar som forskare kan ta. Först kan de tas direkt från patienten som de biotrycker för. Eller om vuxna stamceller används för forskningsändamål eller i fall då de inte kan använda en patients egna celler, eftersom de kan manipuleras för den typ av celler som behövs för biotryck för att återskapa vävnad.
Ritningen som en bioprinter använder är ofta en genomsökning av patienten. Detta gör det möjligt för bioskrivaren att återskapa vävnad genom att hänvisa till genomsökningen och använda tunna, exakta lager för att bygga upp eller skriva ut vävnaden.
Bioprinting på en chip
Ett av de sätt som 3D-bioprinting används för närvarande i vetenskapliga och medicinska samhällen är att testa regenerativ medicin. Vid Wyss Institute vid Harvard har forskare utvecklat en 3D-bioprinter som kan producera vaskulariserade vävnader av levande mänskliga celler som är tryckta på ett chip. De använder denna vävnad på ett chip för att ansluta den till en kärlkanal, vilket låter forskning ge vävnadens näringsämnen för att övervaka tillväxt och utveckling.
Förmågan att odla vävnad på ett chip hjälper forskare att undersöka nya tekniker inom regenerativ medicin samt läkemedelsprovning. Genom att använda en 3D-bioprinter kan forskare också undersöka olika metoder för att skapa marker. En prestation var att skapa ett hjärta på ett chip med sensorer för forsknings- och datainsamlingsändamål. Detta kan tidigare ha krävt djurförsök eller andra åtgärder.
Bioprinting och bentransplantat
När det gäller att utöva medicin finns det fortfarande mycket att lära sig och testa för att skapa biotryckta organ som är skalade till mänsklig storlek. Men stora steg görs, till exempel i området för bentransplantation för att lösa problem med ben och lederna som omger dem.
De mest anmärkningsvärda framstegen kommer från forskare vid Swansea University i Wales. Teamets bioskrivare kan skapa konstgjorda benmaterial i specifika former som behövs med hjälp av ett regenerativt och hållbart material. Forskare vid AMBER Science Foundation Ireland och Trinity College i Dublin, Irland har skapat en process för att stödja 3D-biotryck av benmaterial för att hjälpa till med defekter orsakade av tumörresektioner, trauma och infektion samt genetiska bendeformiteter.
University of Nottingham i England har också gjort vinster inom detta område av medicin genom att biotrycka en kopia av benet som de ersätter och belägga det med stamceller. Ställningen är placerad inuti kroppen. Med tiden ersätts den helt med hjälp av stamcellerna med ett nytt ben.
Bioprinting och regenerativ hud och vävnad
Hud är ett framgångsrikt läkemedelsområde för biotryck på grund av maskinens förmåga att skiktas när den skrivs ut. Eftersom hud är ett flerskiktsorgan, som består av olika celler i varje lager, är forskare hoppfulla att biotryckning över tid kan hjälpa till att reproducera hudens lager, såsom dermis och epidermis.
Forskare vid Wake Forest School of Medicine i North Carolina undersöker detta när det gäller att bränna offer som inte har tillräckligt med oskadad hud för att skörda för att hjälpa till med sårvård och läkning. I det här fallet skulle bioskrivaren få patientens sårinformation från en skanner (inklusive djup och celltyper som behövs) för att hjälpa till att skapa ny hud som sedan kan användas på patienten.
Vid Pennsylvania State University arbetar forskare med 3D-bioprinting som kan skapa brosk för att hjälpa till att reparera vävnader i knäna och andra områden som ofta slits av slitage i kroppen, såväl som hud och andra vävnader i nervsystemet som är viktiga för organs hälsa. .
Bioprinting blodkärl
Förmågan att återskapa blodkärl med hjälp av en bioprinter är till hjälp inte bara för möjligheten att kunna transplantera dem direkt till en patient utan också för läkemedelsprovning och personaliserad medicin. Forskare vid Brigham och Women's Hospital har gjort vinster inom detta läkemedelsområde genom att trycka agarosfibrer som fungerar som blodkärl. Forskarna fann att dessa biotryckta blodkärl är tillräckligt starka för att röra sig och bilda större nätverk snarare än att lösa sig runt en befintlig struktur.
Ett ord från Verywell
Forskningen som härrör från bioprinting är fascinerande, och även om det har skett en stor utveckling av kunskap och vinster från förmågan att bioprinta ben, hud, blodkärl, brosk och till och med organ, finns det fortfarande mycket mer framsteg att göra innan många av dessa metoder är anpassade till medicin.
Vissa kan dock vara redo tidigare än andra. När det gäller bioprinting och hudforskare hoppas vi ha vetenskapen redo inom fem år för soldater som upplever omfattande brännskador i strid. Andra områden av bioprinting, såsom att återskapa organ för människor att använda, har fortfarande ett sätt att gå i utveckling.
När det gäller att härma kroppens processer och observera interaktionen mellan vissa läkemedel i kroppens större system har bioprinting öppnat dörrar för att samla in data såväl som icke-invasiva sätt att se hur människokroppen interagerar med vissa ämnen, vilket kan leda till mer personlig medicin för patientens och mindre biverkningar.