Dina kamajuan utama dina téknik bioprinting 3D, sél sareng jaringan diciptakeun pikeun kalakuanana di lingkungan alamna pikeun ngawangun struktur biologis 'nyata'.
Percetakan 3D nyaéta prosedur dimana hiji bahan digabungkeun teras digabungkeun atanapi dipadatkan dina kontrol digital komputer pikeun nyiptakeun objék atanapi éntitas tilu diménsi. Prototipe Gancang sareng Manufaktur Aditif nyaéta istilah sanés anu dianggo pikeun ngajelaskeun téknik nyiptakeun objék atanapi éntitas anu rumit ku cara ngalapis bahan sareng ngawangun sacara bertahap - atanapi ngan saukur metode 'aditif'. Téhnologi anu luar biasa ieu parantos aya salami tilu dekade saatos sacara resmi kapanggih dina taun 1987, ngan nembe waé éta parantos janten sorotan sareng popularitasna sanés ngan ukur janten sarana pikeun ngahasilkeun prototipe tapi nawiskeun komponén fungsional anu lengkep. Sapertos kitu poténsi kamungkinan percetakan 3D anu ayeuna ngadorong inovasi utama dina seueur widang kalebet rékayasa, manufaktur sareng kadokteran.
Aya rupa-rupa metode manufaktur aditif anu nuturkeun léngkah anu sami pikeun ngahontal hasil ahir. Dina léngkah penting anu munggaran, desain didamel nganggo parangkat lunak CAD (Computer-Aided-Design) dina komputer–disebut blueprint digital. Parangkat lunak ieu tiasa ngaduga kumaha struktur ahir bakal janten sareng ogé paripolahna, ku kituna léngkah munggaran ieu penting pisan pikeun hasil anu saé. Desain CAD ieu teras dirobih janten format téknis (disebut file .stl atanapi basa tessellation standar) anu diperyogikeun pikeun printer 3D pikeun tiasa napsirkeun pitunjuk desain. Salajengna, printer 3D kedah disiapkeun (sarupa sareng printer 2D biasa, bumi atanapi kantor) pikeun percetakan anu saleresna – ieu kalebet ngonpigurasikeun ukuran sareng orientasi, milih cetakan lanskap atanapi potret, ngeusian kartrid printer ku bubuk anu pas. Printer 3D teras ngamimitian prosés percetakan, laun-laun ngawangun desain hiji lapisan mikroskopis bahan dina hiji waktos. Lapisan ieu biasana kandelna sakitar 0.1mm sanaos tiasa disaluyukeun pikeun nyocogkeun objék khusus anu dicitak. Sakabéh prosedur ieu lolobana otomatis sareng teu aya campur tangan fisik anu diperyogikeun, ngan ukur pamariksaan périodik pikeun mastikeun fungsi anu leres. Hiji objék khusus peryogi sababaraha jam dugi ka sababaraha dinten kanggo réngsé, gumantung kana ukuran sareng kompleksitas desainna. Salajengna, kumargi éta mangrupikeun metodologi 'aditif', éta ekonomis, ramah lingkungan (tanpa runtah) sareng ogé nyayogikeun ruang lingkup anu langkung ageung pikeun desain.
Tingkat salajengna: 3D Bioprinting
Bioprinting mangrupikeun perluasan tina percetakan 3D tradisional kalayan kamajuan anyar anu ngamungkinkeun percetakan 3D diterapkeun kana bahan biologis hirup. Sanaos percetakan inkjet 3D parantos dianggo pikeun ngembangkeun sareng ngadamel alat sareng alat médis canggih, léngkah salajengna kedah dikembangkeun pikeun nyetak, ningali sareng ngartos molekul biologis. Bédana anu penting nyaéta teu sapertos percetakan inkjet, bioprinting dumasar kana bio-tinta, anu diwangun ku struktur sél hirup. Janten, dina bioprinting, nalika modél digital khusus dilebetkeun, jaringan hirup khusus dicitak sareng diwangun lapisan demi lapisan sél. Kusabab komponén sélular anu rumit pisan tina awak hirup, bioprinting 3D maju laun sareng kompleksitas sapertos pilihan bahan, sél, faktor, jaringan nyababkeun tantangan prosedural tambahan. Kompleksitas ieu tiasa diatasi ku cara ngalegaan pamahaman ku cara ngahijikeun téknologi tina widang interdisiplinér sapertos biologi, fisika sareng kadokteran.
kamajuan utama dina bioprinting
Dina hiji panilitian anu diterbitkeun dina Advanced Functional Materials , para panalungtik parantos ngembangkeun téknik bioprinting 3D anu nganggo sél sareng molekul anu biasana aya dina jaringan alami (lingkungan asalna) pikeun nyiptakeun konstruksi atanapi desain anu nyarupaan struktur biologis 'nyata'. Téhnik bioprinting khusus ieu ngagabungkeun 'perakitan mandiri molekuler' sareng 'percetakan 3D' pikeun nyiptakeun struktur biomolekul anu rumit. Perakitan mandiri molekuler nyaéta prosés dimana molekul ngadopsi susunan anu ditetepkeun nyalira pikeun ngalaksanakeun tugas anu khusus. Téhnik ieu ngahijikeun 'kontrol mikro sareng makroskopis tina fitur struktural' anu disayogikeun ku 'percetakan 3D' sareng 'kontrol molekuler sareng skala nano' anu diaktipkeun ku 'perakitan mandiri molekuler'. Éta nganggo kakuatan perakitan mandiri molekuler pikeun ngarangsang sél anu nuju dicitak, anu upami teu kitu mangrupikeun watesan dina percetakan 3D nalika 'tinta percetakan 3D' biasa henteu nyayogikeun cara ieu pikeun ieu.
Para panalungtik 'ngalebetkeun' struktur kana 'bio ink' anu sami sareng lingkungan asalna di jero awak ngajantenkeun struktur éta kalakuanana sapertos dina awak. Bio-tinta ieu, disebut ogé tinta anu ngarakit sorangan ngabantosan pikeun ngontrol atanapi ngamodulasi sipat kimia sareng fisik salami sareng saatos percetakan, anu teras ngamungkinkeun pikeun ngarangsang paripolah sél. Mékanisme unik nalika diterapkeun kana bioprinting ngamungkinkeun urang pikeun ngadamel observasi ngeunaan kumaha sél-sél ieu jalan dina lingkunganana, ku kituna masihan urang gambaran sareng pamahaman ngeunaan skénario biologis anu nyata. Éta ningkatkeun kamungkinan ngawangun struktur biologis 3D ku cara nyitak sababaraha jinis biomolekul anu sanggup ngarakit kana struktur anu ditetepkeun kalayan saé dina sababaraha skala.
Kahareupna ngarep pisan!
Panaliti bioprinting parantos dianggo pikeun ngahasilkeun sababaraha jinis jaringan sahingga tiasa penting pisan pikeun rékayasa jaringan sareng ubar regeneratif pikeun nyayogikeun kabutuhan jaringan sareng organ anu cocog pikeun cangkok - kulit, tulang, cangkok, jaringan jantung, jsb. muka rupa-rupa kamungkinan pikeun ngarancang sareng nyiptakeun skénario biologis sapertos lingkungan sél anu rumit sareng spésifik pikeun ngaktifkeun kamakmuran rékayasa jaringan ku leres-leres nyiptakeun objék atanapi konstruksi - dina kontrol digital sareng kalayan molekular. precision- nu nyarupaan atawa meniru jaringan dina awak. Jaringan hirup, tulang, pembuluh darah sareng, berpotensi sareng model organ sadayana tiasa diciptakeun pikeun prosedur médis, palatihan, uji coba, panalungtikan sareng inisiatif penemuan ubar. Generasi khusus khusus pikeun ngawangun khusus pasien tiasa ngabantosan dina ngarancang perawatan anu akurat, ditargetkeun sareng dipersonalisasi.
Salah sahiji halangan panggedéna pikeun bioprinting sareng percetakan inkjet 3D sacara umum nyaéta pamekaran parangkat lunak anu canggih sareng canggih pikeun nyumponan tantangan dina léngkah munggaran percetakan - nyiptakeun desain atanapi cetak biru anu pas. Salaku conto, cetak biru objék anu teu hirup tiasa didamel kalayan gampang tapi nalika ngeunaan nyiptakeun modél digital, contona, ati atanapi jantung, éta nangtang sareng henteu lugas sapertos kalolobaan objék matéri. Bioprinting pasti ngagaduhan seueur kaunggulan - kontrol anu tepat, pangulangan sareng desain individu tapi masih diganggu ku sababaraha tantangan - anu paling penting nyaéta ngalebetkeun sababaraha jinis sél dina struktur spasial sabab lingkungan hirup dinamis sareng henteu statis. Panilitian ieu parantos nyumbang kana kamajuan bioprinting 3D sareng seueur halangan tiasa dihapus ku nuturkeun prinsip-prinsipna. Jelas yén kasuksésan nyata bioprinting ngagaduhan sababaraha aspék anu napel kana éta. Aspék anu paling penting anu tiasa nguatkeun bioprinting nyaéta pamekaran biomaterial anu relevan sareng pas, paningkatan résolusi percetakan sareng ogé vaskularisasi pikeun tiasa suksés nerapkeun téknologi ieu sacara klinis. Sigana mah teu mungkin pikeun 'nyiptakeun' organ anu fungsina pinuh sareng layak pikeun transplantasi manusa ku bioprinting, tapi sanajan kitu widang ieu maju gancang sareng seueur kamajuan anu aya di payun ayeuna ngan ukur sababaraha taun. Sakuduna tiasa kahontal pikeun ngungkulan kaseueuran tantangan anu aya hubunganana sareng bioprinting kumargi para panaliti sareng insinyur biomédis parantos aya dina jalur pikeun bioprinting anu rumit sareng suksés.
Sababaraha masalah sareng Bioprinting
Hiji hal anu penting anu diangkat dina widang bioprinting nyaéta ampir teu mungkin dina tahap ieu pikeun nguji khasiat sareng kaamanan tina perlakuan biologis 'dipersonalisasi' anu ditawarkeun ka pasien anu nganggo téknik ieu. Ogé, biaya anu aya hubunganana sareng perlakuan sapertos kitu mangrupikeun masalah anu ageung khususna dina hal manufaktur. Sanaos kamungkinan pisan pikeun ngembangkeun organ fungsional anu tiasa ngagentos organ manusa, tapi sanaos kitu, ayeuna teu aya cara anu pasti pikeun meunteun naha awak pasien bakal nampi jaringan anyar atanapi organ jieunan anu dihasilkeun sareng naha cangkok sapertos kitu bakal suksés pisan.
Bioprinting mangrupikeun pasar anu terus berkembang sareng bakal fokus kana pamekaran jaringan sareng organ sareng panginten dina sababaraha dekade ka hareup hasil énggal bakal katingali dina organ manusa sareng cangkok anu dicitak 3D. Bioprinting 3D bakal teras janten pamekaran médis anu paling penting sareng relevan dina kahirupan urang.
***
Sumber (s)
Hedegaard CL 2018. Perakitan Mandiri Hierarkis Bioink Peptida-Protéin anu Dipandu sacara Hidrodinamika. Bahan Fungsional Canggih . https://doi.org/10.1002/adfm.201703716
***
