Yn in grutte foarútgong yn 3D-bioprinttechnyk binne sellen en weefsels makke om har te gedragen yn har natuerlike omjouwing om 'echte' biologyske struktueren te konstruearjen
3D-printsjen is in proseduere wêrby't in materiaal byinoar tafoege wurdt en sa gearfoege of ferhurde wurdt ûnder digitale kontrôle fan in kompjûter om in trijediminsjonaal objekt of entiteit te meitsjen. Rapid Prototyping en Additive Manufacturing binne de oare termen dy't brûkt wurde om dizze technyk fan it meitsjen fan komplekse objekten of entiteiten te beskriuwen troch materiaal yn lagen te lizzen en stadichoan op te bouwen - of gewoan in 'additive' metoade. Dizze opmerklike technology bestiet al trije desennia nei't se offisjeel ûntdutsen waard yn 1987, pas koartlyn is it yn 'e skynwerpers set en populêr wurden as net allinich in middel foar it produsearjen fan prototypes, mar leaver as it oanbieden fan folweardige funksjonele komponinten. De potensjele mooglikheden fan 3D -printsjen binne sa grut dat it no grutte ynnovaasjes oandriuwt op in protte gebieten, ynklusyf technyk, produksje en medisinen.
Ferskate soarten additive produksjemetoaden binne beskikber dy't deselde stappen folgje om it definitive einresultaat te berikken. Yn 'e earste krúsjale stap wurdt in ûntwerp makke mei CAD-software (Computer-Aided-Design) op in kompjûter - in saneamde digitale blauwdruk. Dizze software kin foarsizze hoe't de definitive struktuer derút sil sjen en him ek gedrage sil, dus dizze earste stap is essensjeel foar in goed resultaat. Dit CAD-ûntwerp wurdt dan omset yn in technysk formaat (in saneamde .stl-bestân of standert tessellaasjetaal) dat nedich is foar de 3D-printer om ynstruksjes fan it ûntwerp te ynterpretearjen. Dêrnei moat de 3D-printer ynsteld wurde (fergelykber mei in gewoane 2D-printer foar thús of op kantoor) foar it eigentlike printsjen - dit omfettet it konfigurearjen fan 'e grutte en oriïntaasje, it kiezen foar lânskips- of portretprints, it foljen fan 'e printercartridges mei it juste poeier. De 3D-printer begjint dan it printproses, en bouwt it ûntwerp stadichoan op mei ien mikroskopyske laach fan it materiaal tagelyk. Dizze laach is typysk sawat 0.1 mm dik, hoewol it oanpast wurde kin oan in bepaald objekt dat printe wurdt. De hiele proseduere is foar it grutste part automatisearre en der is gjin fysike yntervinsje nedich, allinnich periodike kontrôles om de juste funksjonaliteit te garandearjen. In bepaald objekt duorret ferskate oeren oant dagen om te foltôgjen, ôfhinklik fan 'e grutte en kompleksiteit fan it ûntwerp. Fierder, om't it in 'tafoege' metodyk is, is it ekonomysk, miljeufreonlik (sûnder fergriemerij) en biedt it ek folle gruttere romte foar ûntwerpen.
It folgjende nivo: 3D Bioprinting
Bioprinting is in útwreiding fan tradisjoneel 3D-printsjen, wêrby't resinte foarútgong it mooglik makket om 3D-printsjen ta te passen op biologyske libbene materialen. Wylst 3D-inkjetprintsjen al brûkt wurdt om avansearre medyske apparaten en ark te ûntwikkeljen en te produsearjen, moat der noch in stap fierder ûntwikkele wurde om biologyske molekulen te printsjen, te besjen en te begripen. It krúsjale ferskil is dat bioprinting, oars as inkjetprintsjen, basearre is op bio-inkt, dy't bestiet út libbene selstrukturen. Dus, by bioprinting, as in bepaald digitaal model ynfierd wurdt, wurdt it spesifike libbene weefsel printe en laach foar sellaach opboud. Fanwegen de tige komplekse sellulêre komponinten fan it libbene lichem, giet 3D-bioprintsjen stadich foarút en kompleksiteiten lykas de kar fan materialen, sellen, faktoaren en weefsels foarmje ekstra proseduerele útdagings. Dizze kompleksiteiten kinne oanpakt wurde troch it begryp te ferbreedzjen troch technologyen út ynterdissiplinêre fjilden te yntegrearjen, lykas biology, natuerkunde en medisinen.
Grutte foarútgong yn bioprinting
Yn in stúdzje publisearre yn Advanced Functional Materials hawwe ûndersikers in 3D-bioprinttechnyk ûntwikkele dy't sellen en molekulen brûkt dy't normaal fûn wurde yn natuerlike weefsels (harren native omjouwing) om konstruksjes of ûntwerpen te meitsjen dy't lykje op 'echte' biologyske struktueren. Dizze bepaalde bioprinttechnyk kombinearret 'molekulêre selsassemblage' mei '3D-printsjen' om komplekse biomolekulêre struktueren te meitsjen. Molekulêre selsassemblage is in proses wêrby't molekulen in definieare opset oannimme om in spesifike taak út te fieren. Dizze technyk yntegreart 'mikro- en makroskopyske kontrôle fan strukturele funksjes' dy't '3D-printsjen' biedt mei de 'molekulêre en nanoskaalkontrôle' dy't mooglik makke wurdt troch 'molekulêre selsassemblage'. It brûkt de krêft fan molekulêre selsassemblage om de sellen te stimulearjen dy't printe wurde, wat oars in beheining is by 3D-printsjen as gewoane '3D-printinkt' dizze mooglikheid hjirfoar net biedt.
Undersykers hawwe struktueren 'ynbêde' yn 'bio-inkt', dy't fergelykber is mei harren native omjouwing yn it lichem, wêrtroch't de struktueren har gedrage as yn it lichem. Dizze bio-inkt, ek wol selsassemblearjende inkt neamd, helpt by it kontrolearjen of modulearjen fan gemyske en fysike eigenskippen tidens en nei it printsjen, wat it dan mooglik makket om it selgedrach dêrop oan te passen. It unike meganisme, tapast op bioprintsjen, lit ús observaasjes dwaan oer hoe't dizze sellen wurkje binnen harren omjouwings, wêrtroch't wy in momintopname en begryp krije fan in echte biologyske senario. It makket it mooglik om 3D-biologyske struktueren te bouwen troch meardere soarten biomolekulen te printsjen dy't by steat binne om op meardere skalen yn goed definieare struktueren te gearstallen.
De takomst is heul hoopfol!
Undersyk nei bioprinting wurdt al brûkt om ferskate soarten weefsel te generearjen en kin dus tige wichtich wêze foar tissue-technyk en regenerative medisinen om de needsaak oan te pakken foar weefsels en organen dy't geskikt binne foar transplantaasje - hûd, bonken, grafts, hertweefsel ensfh. Fierder is de technyk iepenet in breed skala oan mooglikheden om biologyske senario's te ûntwerpen en te meitsjen lykas komplekse en spesifike selomjouwings om wolfeart fan weefseltechnyk mooglik te meitsjen troch feitlik objekten as konstruksjes te meitsjen -ûnder digitale kontrôle en mei molekulêre presyzje- dy't lykje op weefsels yn it lichem of mimike. De libbene weefsel, bonken, bloedfetten en, potinsjeel en hiele organen modellen binne mooglik te meitsjen foar medyske prosedueres, training, testen, ûndersyk en drug ûntdekking inisjativen. Hiel spesifike generaasje fan oanpaste pasjint-spesifike konstruksjes kin helpe by it ûntwerpen fan krekte, rjochte en personaliseare behannelingen.
Ien fan 'e grutste obstakels foar bioprinting en 3D-inkjetprintsjen yn 't algemien is de ûntwikkeling fan avansearre, ferfine software om de útdaging by de earste stap fan it printsjen oan te kinnen - it meitsjen fan in passend ûntwerp of blauwdruk. Bygelyks, de blauwdruk fan net-libbene objekten kin maklik makke wurde, mar as it giet om it meitsjen fan digitale modellen fan bygelyks in lever of hert, is it útdaagjend en net ienfâldich lykas de measte materiële objekten. Bioprinting hat perfoarst in protte foardielen - krekte kontrôle, werhelberens en yndividueel ûntwerp, mar wurdt noch altyd pleage troch ferskate útdagings - de wichtichste is it opnimmen fan meardere seltypen yn in romtlike struktuer, om't in libbene omjouwing dynamysk is en net statysk. Dizze stúdzje hat bydroegen oan 'e foarútgong fan 3D-bioprinting en in protte obstakels kinne fuorthelle wurde troch har prinsipes te folgjen. It is dúdlik dat it echte súkses fan bioprinting ferskate fasetten hat. It wichtichste aspekt dat bioprinting kin fersterkje is de ûntwikkeling fan relevante en passende biomaterialen, ferbettering fan 'e resolúsje fan it printsjen en ek vaskularisaasje om dizze technology mei súkses klinysk ta te passen. It liket ûnmooglik om folslein funksjonearjende en libbensfetbere organen foar minsklike transplantaasje te 'meitsjen' troch bioprinting, mar dochs giet dit fjild hurd foarút en in protte ûntwikkelingen steane no yn mar in pear jier foarop. It moat mooglik wêze om de measte útdagings dy't ferbûn binne mei bioprinting te oerwinnen, om't ûndersikers en biomedyske yngenieurs al op it paad binne nei suksesfolle komplekse bioprinting.
Guon problemen mei Bioprinting
In kritysk punt dat oan 'e oarder steld wurdt op it mêd fan bioprinting is dat it op dit stuit hast ûnmooglik is om de effektiviteit en feiligens te testen fan biologyske 'personalisearre' behannelingen dy't oan pasjinten oanbean wurde mei dizze technyk. Ek de kosten dy't ferbûn binne mei sokke behannelingen binne in grut probleem, foaral as it giet om produksje. Hoewol it hiel goed mooglik is om funksjonele organen te ûntwikkeljen dy't minsklike organen ferfange kinne, is der sels dan op it stuit gjin feilige manier om te beoardieljen oft it lichem fan 'e pasjint nij weefsel of it generearre keunstmjittige oargel akseptearret en oft sokke transplantaasjes wol suksesfol wêze sille.
Bioprinting is in groeiende merk en sil him rjochtsje op 'e ûntwikkeling fan weefsels en organen en miskien sille oer in pear desennia nije útkomsten sjoen wurde yn 3D-printe minsklike organen en transplantaasjes . 3D- bioprinting sil de wichtichste en relevante medyske ûntwikkeling fan ús libben bliuwe.
***
Boarne (e)
Hedegaard CL 2018. Hydrodynamysk begeliede hiërargyske selsassemblaazje fan peptide-proteïne bioinkten. Avansearre funksjonele materialen . https://doi.org/10.1002/adfm.201703716
***
