Маълумот

Фарқи байни муҳандисии матоъ ва биопринтинги 3D чист?

Фарқи байни муҳандисии матоъ ва биопринтинги 3D чист?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Биопринтинги 3D версияи тағирёфтаи муҳандисии матоъ аст, аммо вақте ки мо мехоҳем ҳарду истилоҳро тавсиф кунем, меъёрҳо ё нуктаҳои асосӣ барои фарқияти байни инҳо кадомҳоянд?


Муҳандисии бофтаҳо тадқиқот дар бораи роҳҳои ташкили ҳуҷайраҳо ва сохторҳои қатраҳои ҳуҷайра / матритсаҳо ба шакли муфид, одатан барои барномаҳои тиббӣ мебошад. Дар ояндаи наздик, муҳандисии бофта метавонад ба дубора навиштан ё тағир додани генетикӣ ҳуҷайраҳо бо мақсади нав ё такмил додани функсияи мавҷудаи онҳо ишора кунад. Ҳатто бештар дар оянда ва муҳандисии матоъ метавонад маънои сохтани сохторҳои бисёрҳуҷайраро аз сифр дар компютер дошта бошад.

Биопринтинги 3D татбиқи амалӣ ё лаборатории технологияи аввалини дар боло зикршуда - як зермаҷмӯи муҳандисии матоъ мебошад.

Хулоса:

Муҳандисии матоъ = "Бо роҳи эҷодӣ барои ташкили ин ҳуҷайраҳо ва сохторҳои ҳуҷайра ба чизи муфид биёед".

3D bioprinting = "Барои сохтани як қисми узвҳои синтетикӣ технологияи дар боло зикршударо истифода баред".


Муҳаққиқон чопи 3D-ро барои кӯмак ба иваз кардани бофтаҳо пеш мебаранд

Профессор Арда Гозен ба ояндае назар мекунад, ки дар он табибон метавонанд тугмаро пахш кунанд, то дар принтерҳои 3D-и худ скафандро чоп кунанд ва барои беморони худ пӯст, пайҳо ё дигар матоъҳои фармоишӣ эҷод кунанд.

Гозен, дотсент Ҷорҷ ва Ҷоан Берри дар Мактаби муҳандисии механикӣ ва маводҳои Донишгоҳи давлатии Вашингтон ва як гурӯҳи муҳаққиқон як маводи беҳамтоеро барои бофтаҳои муҳандисӣ таҳия карданд, ки метавонанд барои тиҷорати душвори парвариши бофтаи табиӣ танзим карда шаванд. Онҳо дар бораи тадқиқоти худ дар маҷалла гузориш медиҳанд, Биопринг. Ба ҳайати гурӯҳ инчунин муҳаққиқони Мактаби муҳандисии кимиё ва биоинженерии WSU-и Ген ва Линда Войланд, инчунин аз Донишгоҳи Техас-Сан Антонио (UTSA), Коллеҷи Морхаус ва Донишгоҳи Рочестер дохил мешаванд. Муаллифи асосӣ Маҳмуд Амр аст, ки дар UTSA унвони докторӣ гирифтааст.

Дар даҳсолаҳои охир, муҳаққиқон кор мекунанд, ки маводи биологиро дар чопи 3D барои эҷоди бофтаҳо ё узвҳо барои беморони аз ҷароҳат ё беморӣ шифоёфта истифода баранд. Истифодаи чопи 3D ё истеҳсоли изофӣ имкон медиҳад, ки сохторҳои мураккаб, ковокӣ ва фардӣ чоп карда шаванд ва ба табибон имкон медиҳад, ки рӯзе матоъро барои бадан ва ниёзҳои мушаххаси бемор чоп кунанд. Барои сохтани сохторҳои биологӣ, маводи биологӣ, ки бо номи "биоикҳо" маъруфанд, аз сопло ҷудо карда мешаванд ва қабат ба қабат ҷойгир карда мешаванд, ки барои маводи воқеии биологӣ "скафлдҳои" мураккаб эҷод мекунанд ва барои афзоиши ҳуҷайраҳо ҷои хуб фароҳам меоранд.

Бо вуҷуди ин, табиат то ба ҳол мураккабтар аз он буд, ки муҳаққиқон тавонистаанд. Ҳуҷайраҳои воқеии биологӣ дӯст медоранд, ки дар чӯбе, ки ба хосиятҳои худ наздик мешаванд, афзоиш диҳанд. Ҳамин тавр, масалан, як ҳуҷайраи пӯст мехоҳад, ки дар устухоне, ки ба пӯст монанд аст, афзоиш ёбад, дар ҳоле ки ҳуҷайраи мушакҳо танҳо дар чӯбе, ки мисли мушак ҳис мекунад, инкишоф меёбад.

"Муваффақияти ин усул дар истеҳсоли бофтаҳои функсионалӣ аз он вобаста аст, ки сохторҳои сохташуда ба бофтаҳои ватанӣ то чӣ андоза хуб тақлид мекунанд" гуфт Гозен. "Агар шумо хоҳед, ки ҳуҷайраҳоро парвариш кунед ва онҳоро ба бофтаи функсионалӣ табдил диҳед, шумо бояд ба муҳити механикии бофтаи ватанӣ мувофиқат кунед."

Усуле, ки муҳаққиқон ба таври анъанавӣ деворҳои худро тағир медоданд, ин танҳо хориҷ кардани труссҳо буд, то онҳоро нармтар ё сахттар кунанд - усуле, ки барои ҳалли тамоми мураккабии зарурӣ дар муҳандисии матоъ хеле содда аст.

"Мо тугмаҳои зиёде надорем, ки гардем" гуфт Гозен. "Ба шумо дараҷаи бештари озодӣ лозим аст - барои эҷод кардани чизи нармтар ё сахттар бидуни тағир додани сохтор."

Гурӯҳи муҳаққиқон маводи нави биоинкро таҳия карданд, ки имкон медиҳад хосиятҳоро мутобиқ созад, то ба он наздиктар ба ҳуҷайраҳо ниёз дошта бошад. Компонентҳо барои исканҷаи онҳо желатин, резини арабӣ ва алгинати натрийро дар бар мегиранд, ки ҳама агентҳои ғафскунандаи маъмул дар бисёр хӯрокҳои коркардшуда истифода мешаванд.

Монанди он ки ресмони ғафс аз риштаҳои бофташуда сохта мешавад, муҳаққиқон аз се раванди кимиёвии ҷудогона истифода бурда, се компоненти онҳоро ба як мавод барои чоп пайваст карданд.

Бозӣ бо равандҳои алоҳидаи кимиёвӣ пас аз он имкон медиҳад, ки хосиятҳои механикии маводро ба таври дақиқ танзим карда, ба онҳо имкон медиҳад, ки як қабати ниҳоии мулоимтар ё сахттар созанд.

"Ин ба шумо имкон медиҳад, ки хосиятҳоро бидуни тағир додани тарроҳии скафанд танзим кунед ва ба шумо дараҷаи иловагии озодие, ки мо ҷустуҷӯ дорем, медиҳад."

Бо танзими пайвандҳои кимиёвии байни риштаҳои ресмон, онҳо маводро ба таври назаррас тағир надоданд ва он барои парвариши ҳуҷайраҳои пайҳо мувофиқ буд.

Кор ҳанӯз дар марҳилаи аввали худ қарор дорад ва муҳаққиқон мехоҳанд бифаҳманд, ки раванд ва маводи ниҳоӣ чӣ гуна дақиқтар танзим карда шаванд. Масалан, онҳо метавонанд ба тағйир додани таркиби се маводи худ ё чоп дар ҳарорати гуногун назар кунанд.

Кӯшиши тақлид ба мураккабии азими бофтаи табиӣ як мушкил боқӣ мемонад. Масалан, ҳатто як порчаи оддии пайҳо ба андозаи миллиметр дар зону се қабати алоҳида ва фарқкунанда дорад, ки ҳар кадоми онҳо хосиятҳои механикӣ ва вазифаҳои гуногун доранд.

"Шумо дар ин ҷо Legos ҷамъ намекунед. Ин ҳамеша дар бораи такрори табиат аст, ки бо бадан кор мекунад" гуфт Гозен. "Шумо метавонед сохторҳои зинда созед, аммо онҳо ҳеҷ чиз ба бофтаи ватанӣ монанд нестанд. Дақиқӣ муҳим аст, зеро барои як порчаи матоъ ягон ҳадафи хоси механикии ягона вуҷуд надорад."


Муҳандисии бофтаҳо ва тибби барқарорсозӣ

Ҷигари хурди биоинженерии инсон, ки метавонад ба мушҳо имплантатсия карда шавад. Манбаъ: Сангита Бхатия, MIT

Муҳандисии бофтаҳо аз соҳаи таҳияи биоматериалҳо ба вуҷуд омадааст ва ба амалияи муттаҳид кардани устухонҳо, ҳуҷайраҳо ва молекулаҳои аз ҷиҳати биологӣ фаъол ба бофтаҳои функсионалӣ ишора мекунад. Ҳадафи муҳандисии матоъ ҷамъ овардани сохторҳои функсионалӣ мебошад, ки бофтаҳо ё тамоми узвҳои вайроншударо барқарор, нигоҳдорӣ ё такмил медиҳанд. Пӯсти сунъӣ ва пайҳо намунаҳои бофтаҳои муҳандисӣ мебошанд, ки аз ҷониби FDA тасдиқ шудаанд, аммо дар айни замон онҳо дар беморони инсон маҳдуданд.

Тибби барқароркунанда як соҳаи васеъест, ки муҳандисии бофтаҳоро дар бар мегирад, аммо инчунин таҳқиқотро оид ба худшифокунӣ дар бар мегирад - дар он ҷо организм системаҳои худро истифода мебарад, баъзан бо ёрии маводи биологии хориҷӣ барои барқарор кардани ҳуҷайраҳо ва барқарор кардани бофтаҳо ва узвҳо. Истилоҳҳои "муҳандисии бофтаҳо" ва "тибби барқароршаванда" ба таври васеъ ивазшаванда шуданд, зеро ин соҳа умедвор аст, ки ба ҷои табобат ба табобат диққати ҷиддӣ диҳад, ба ҷои табобати бемориҳои мураккаб, аксар вақт музмин.

Ин соҳа дар ҳоли рушд аст. Илова ба барномаҳои тиббӣ, барномаҳои ғайритерапевтӣ истифодаи бофтаҳоро ҳамчун биосенсорҳо барои ошкор кардани агентҳои таҳдиди биологӣ ё кимиёвӣ ва микросхемаҳои бофтаҳо, ки метавонанд барои санҷиши заҳролудии доруҳои таҷрибавӣ истифода шаванд, дар бар мегиранд.

Муҳандисии матоъ чист? Манбаъ: Донишгоҳи шимолу ғарбӣ

Ҳуҷайраҳо блокҳои сохтмонии бофта мебошанд ва бофтаҳо воҳиди асосии функсия дар бадан мебошанд. Умуман, гурӯҳҳои ҳуҷайраҳо сохторҳои дастгирии худро, ки матритсаи берун аз ҳуҷайра меноманд, сохта ва ҷудо мекунанд. Ин матритса ё скафольд на танҳо ҳуҷайраҳоро дастгирӣ мекунад, балки ҳамчун як истгоҳи реле барои молекулаҳои гуногуни сигнализатсия амал мекунад. Ҳамин тариқ, ҳуҷайраҳо паёмҳоро аз бисёр манбаъҳо мегиранд, ки аз муҳити маҳаллӣ дастрас мешаванд. Ҳар як сигнал метавонад як силсилаи ҷавобҳоро оғоз кунад, ки бо ҳуҷайра чӣ рӯй медиҳад. Тадқиқотчиён бо фаҳмидани он ки чӣ тавр ҳуҷайраҳои инфиродӣ ба сигналҳо ҷавоб медиҳанд, бо муҳити онҳо ҳамкорӣ мекунанд ва дар бофтаҳо ва организмҳо ташкил мешаванд, муҳаққиқон тавонистанд ин равандҳоро барои барқарор кардани бофтаҳои вайроншуда идора кунанд ё ҳатто навҳои нав эҷод кунанд.

Раванди мазкур аксар вақт аз сохтани як чӯб аз маҷмӯи васеи манбаъҳои имконпазир, аз сафедаҳо то пластикҳо оғоз меёбад. Пас аз сохтани скафлдҳо, ҳуҷайраҳоро бо "коктейл" -и омилҳои афзоиш метавон ворид кард. Агар муҳит дуруст бошад, бофта инкишоф меёбад. Дар баъзе мавридҳо, ҳуҷайраҳо, устухонҳо ва омилҳои афзоиш ҳама якбора омехта мешаванд ва имкон медиҳанд, ки матоъ "худ ҷамъ карда шавад".

Усули дигари эҷоди бофтаи нав як скафанди мавҷударо истифода мебарад. Ҳуҷайраҳои узвҳои донор канда мешаванд ва боқимондаи коллаген барои парвариши бофтаи нав истифода мешавад. Ин раванд барои биоинженери дил, ҷигар, шуш ва бофтаҳои гурда истифода шудааст. Ин равиш ваъдаи бузургеро барои истифода аз матоъҳои инсон, ки ҳангоми ҷарроҳӣ партофта шудааст ва якҷоя кардани он бо ҳуҷайраҳои худи бемор барои сохтани узвҳои фармоишӣ, ки аз ҷониби системаи масуният рад карда намешавад, ваъда медиҳад.

Биоматериале, ки аз рӯдаи хукҳо сохта шудааст, ки метавонад барои табобати захмҳои одамон истифода шавад. Ҳангоми тар кардан, маводе, ки SIS номида мешавад, чандир аст ва коркардаш осон аст.
Манбаъ: Стивен Бадилак, Донишгоҳи Питтсбург.

Дар айни замон муҳандисии матоъ дар табобати беморон нақши нисбатан хурд дорад. Ба беморон масонаҳои иловагӣ, рагҳои хурд, пайванди пӯст, пайҳозҳо ва ҳатто трахеяи пурра гузошта шудаанд, аммо равандҳо то ҳол таҷрибавӣ ва хеле гаронарзиш мебошанд. Дар ҳоле, ки бофтаҳои узвҳои мураккабтар ба монанди дил, шуш ва бофтаи ҷигар дар лаборатория бомуваффақият аз нав эҳё карда шудаанд, онҳо аз пурра такроршаванда будан ва барои имплантатсия ба бемор омода будан хеле дуранд. Аммо ин бофтаҳо метавонанд дар тадқиқот, махсусан дар таҳияи маводи мухаддир хеле муфид бошанд. Истифодаи бофтаи фаъоли инсон барои кӯмак расонидан ба номзадҳои доруворӣ метавонад рушдро суръат бахшад ва воситаҳои калидиро барои мусоидат ба тибби фардӣ ҳангоми сарфаи пул ва кам кардани шумораи ҳайвоноти барои тадқиқот истифодашаванда таъмин намояд.

Тадқиқотҳое, ки аз ҷониби NIBIB дастгирӣ мешаванд, таҳияи маводҳои нав ва асбобҳои навро барои сохтан, тасвир, назорат ва нигоҳ доштани бофтаҳои муҳандисӣ дар бар мегирад. Баъзе мисолҳои тадқиқот дар ин соҳа дар зер оварда шудаанд.


Муқаддима

Пайдоиши чопи сеченака (3D) инқилоби ҷаҳонии саноатиро ба вуҷуд оварда, дар ин раванд таваҷҷӯҳи ҷомеа ва васоити ахбори оммаро ба худ ҷалб кард. Сарфи назар аз решаҳои худ дар соҳаи мошинсозӣ, бастабандӣ ва меъморӣ (1), пешрафтҳои бузург дар технологияи чопи 3D шоҳиди нақши васеътари технологияҳои чопӣ гардиданд, ки ба тадқиқот дар соҳаи тандурустӣ дохил мешаванд ва ба рушди дастгоҳҳои сершумори тиббӣ, моделҳо ва протезҳо мусоидат мекунанд.

Ҷарроҳӣ низ шоҳиди таҳаввулоти афзоянда дар тӯли садаи гузашта буд, ки бо ҷорӣ намудани микроҷарроҳӣ, трансплантатсия ва робототехника маҷмӯи табобатҳоро барои беморон афзоиш медиҳад. Азбаски миқёс ва мураккабии дахолати ҷарроҳӣ васеъ мегардад, зарурати ба таври мувофиқ ба нақша гирифтан ва омодагӣ ба ҷарроҳӣ низ меафзояд. Ғайр аз он, бисёре аз расмиёти ҷарроҳӣ, бахусус ҷарроҳии барқарорсозӣ ва трансплантатсия аз сабаби мавҷудияти бофтаҳо ва узвҳои донорӣ, бемории марбут ба ҷамъоварии бофтаҳо ва мушкилоти эҳтимолии вобаста ба иммуносупрессия монеъ мешаванд (2, 3). Нармафзори чопи 3D метавонад барои истихроҷи маълумоти рақамӣ аз тасвирҳои бемор ба монанди томографияи компютерӣ, томографияи магнитӣ ё сканеркунии лазерӣ истифода шавад, то конструксияҳои фармоишӣ ва фардӣ барои банақшагирии ҷарроҳӣ ва имплантатсия ба даст ояд (1). Махсусан, ворид намудани ҷузъи биологӣ ин технологияи муқарраршударо бо потенсиали инқилоби соҳаи тандурустӣ тавассути пайдоиши имплантатҳои зиндаи аутологӣ ба бофтаи худи бемор табдил медиҳад.

Чопи 3D барои ояндаи ҷарроҳӣ потенсиали бебаҳо дорад, тавре ки Коллеҷи шоҳии ҷарроҳон дар Комиссияи ояндаи ҷарроҳӣ эътироф кардааст (4). Барномаҳои биологии технологияи чопи 3D ё "биопринтинг" фанҳои биологияи инсон, маводшиносӣ ва муҳандисии мошинсозиро убур мекунанд ва онро ба амалияи клиникӣ ворид мекунанд, то имконоти ҷарроҳии нав ва фардӣ барои беморон фароҳам оранд (5, 6). Татбиқи бомуваффақият метавонад ба тағирёбии парадигма дар натиҷаҳои ҷарроҳӣ оварда расонад, бо потенсиали рафъи зарурати узвҳои донор барои ҷарроҳии трансплантатсия ва барқарорсозии шакл ва функсия бидуни макони дардовар ва харобкунандаи донор (7). Дар тӯли ин мақолаи барраси мо ҳадаф дорем, ки нақшҳои асосии ин технологияро дар ояндаи ҷарроҳӣ муайян кунем ва мулоҳизаҳо ва мушкилотеро, ки пеш аз ҳамгироии чопи сеченака ва биопринтинг ба амалияи ҷарроҳии ҷарроҳӣ ҳал карда мешаванд, омӯзем. .


Bioinks табиӣ ва синтетикӣ барои 3D Bioprinting

Биопринтинг потенсиали бузургро дар тавлиди конструксияҳои функсионалии бофтаҳо барои иваз кардани бофтаҳои осебдида ё бемор пешниҳод мекунад. Дар байни дигар усулҳои истеҳсолӣ, ки дар муҳандисии матоъ истифода мешаванд, биопринтинг бо истифода аз равиши автоматикунонидашуда назорати дақиқро аз болои атрибутҳои геометрӣ ва таркибии сохтор таъмин мекунад. Биоинкҳо аз маводи гидрогел ва ҳуҷайраҳои зинда иборатанд, ки тағирёбандаҳои муҳими раванд дар сохтани конструксияҳои функсионалӣ ва аз ҷиҳати механикӣ мустаҳкам мебошанд. Ҳуҷайраҳои мувофиқро метавон дар биоинкҳо капсула кард, то сохторҳои функсионалии бофтаро эҷод кунанд. Биоикҳои идеалӣ барои гузаштан аз гузариши сол-гел талаб карда мешаванд, ки вақти коркарди ҳадди ақалро сарф мекунанд ва барои ба даст овардани садоқати баланди шакл ва устувории бунёд, як қатор механизмҳои пайванди кимиёвӣ ва физикӣ одатан истифода мешаванд. Аз тарафи дигар, пайвастагии маводи гидрогел бо суръати тез метавонад боиси басташавии сопло гардад ва аз ин рӯ, оптимизатсияи биоинк аксар вақт зарур аст. Биоматериалҳо метавонанд бо истифода аз биоматериалҳои табиӣ ё синтетикӣ, танҳо ё дар якҷоягӣ бо ин биоматериалҳо таҳия карда шаванд. Дар ин барраси, мо усулҳои гуногуни биопринтингро муҳокима мекунем ва маводҳои табиӣ, синтетикӣ ё гибридии ҳамчун биоинкс истифодашавандаро таҳлил мекунем ва мушкилот, маҳдудиятҳо ва самтҳои ояндаро дар бораи техникаи биопринтинг арзёбӣ мекунем.

Ин мақола бо ҳуқуқи муаллиф ҳифз карда шудааст. Ҳамаи ҳуқуқ маҳфуз аст.

Мақолаҳои қабулшуда, таҳрирнашуда дар интернет ва иқтибосҳо нашр шудаанд. Варианти ниҳоии таҳриршуда ва чопшудаи сабт дар оянда пайдо мешавад.


Чаро ин қадар вақт мегирад?

Ҷисми инсон ва ҷузъҳои гуногуни он назар ба бозичаҳои пластикӣ ё заргарии сафолӣ хеле мураккабтаранд. Узви инсон дорои як шабакаи мураккаби ҳуҷайраҳо, бофтаҳо, асабҳо ва сохторҳо мебошад, ки барои фаъолияти дурусти узв бояд дуруст ҷойгир карда шаванд. Аз ташкили ҳазорҳо капиллярҳои хурд дар ҷигар, то воқеан ба даст овардани дили чопшуда барои «тапиш» ва контракт - ин як раванди тӯлонӣ ва душвор аст. Дар ҳоле ки баъзе узвҳои бадани инсон нисбат ба дигарон мураккабтаранд - сохтани гӯш ё бинӣ нисбат ба масона ё пешоб осонтар аст, дар ҳоле ки узвҳои калонтаре ба мисли гурдаҳо, дил ва ҷигар дар ҷои аввал қарор доранд - ҳар як порча дорои талаботи махсуси худ ва масъалаҳое, ки бояд ҳал шаванд. Илова бар ин, интихоб ва мавҷудияти маводҳои дуруст, намудҳои ҳуҷайраҳо ва эҷоди рангҳои биологӣ, ки ба талаботҳои дуҷонибаи чопӣ ва функсияи ҳуҷайра ҷавобгӯ мебошанд. Инчунин зарурати ба назар гирифтани суръати гуногуни афзоиш ва омилҳои тафриқа, инчунин таҳияи нармафзор ва сахтафзори дуруст барои якҷоя кардани он вуҷуд дорад.

Ҳатто пас аз он ки муҳаққиқон боварӣ доранд, ки онҳо ҳама чизро "дуруст" доранд, технологияҳои биопринатсияшуда, ба монанди ҳама табобатҳои нави тиббӣ, ҳанӯз ҳам талаб карда мешаванд, ки пеш аз дастрас кардани онҳо аз санҷишҳои бехатарӣ ва равандҳои танзими дуруст гузаранд.

Кор бо ҳамаи ин мураккабиҳо ҳамгироӣ ва ворид кардани технологияҳоро аз соҳаҳо, аз ҷумла муҳандисӣ, илми биоматериалҳо, биологияи ҳуҷайра, физика ва тибро талаб мекунад. Пас, шумо бояд каме сабр кунед!


Биопринтинг: Оқибатҳои ахлоқӣ ва иҷтимоӣ

Дар мақолаи охирини ASCB Post дар "Ин ҳама дар бораи чӣ аст?" силсила, Аманда Ҳейҷ таҳаввулотро дар соҳаи охирини чопи 3D бо маводи биологӣ (яъне, биопринтинг) шарҳ медиҳад. Гарчанде ки ин усулҳо ҳоло ҳам такмил дода мешаванд, ин соҳа дар чунин соҳаҳо, ба монанди биология, фармакология ва тиб ваъдаҳои бузург дорад. Масалан, рӯзе олимон метавонанд биопринтингро барои истеҳсоли узвҳои сунъӣ барои бемороне, ки ба трансплантатсияи узвҳои наҷотбахш эҳтиёҷ доранд, истифода баранд ва биопринтинг метавонад раванди санҷиши бехатарии доруҳои навро бо ниёзҳои кам ба озмоиши ҳайвонот суръат бахшад. Аммо, азбаски ин соҳа ҳоло ҳам нав аст ва босуръат рушд мекунад, барои мо ҳамчун ҷомеа муҳим аст, ки ҳоло сӯҳбат кунем, ки ин технология ба идеалҳои ахлоқӣ ва фарҳангии мо чӣ гуна шубҳа хоҳад кард. Тавре ки дар боло аз ҷониби Ҳейҷ қайд карда шуд ва дар баррасии ба наздикӣ дар бораи таъсири иҷтимоӣ ва ахлоқии биопринтинг ба таври васеъ муҳокима карда шуд, бояд пеш аз паҳн шудани технология, таъсири васеътари ҷомеаи ин соҳа бояд беҳтар баррасӣ карда шавад. Гарчанде ки ғояҳои дар зер баррасӣшуда аз ҳамаҷониба дуранд, дар ин ҷо се соҳа дар соҳаи биопринтинг мавҷуданд, ки мо бояд фарқияти байни илм ва инсониятро бартараф кунем.

Коҳиши талабот ба озмоиши ҳайвонот бо "органҳо дар чип"

Ин шуш-дар-а-чип ҳамчун модели дақиқи шуши инсон барои санҷиши бехатарӣ ва самаранокии маводи мухаддир хизмат мекунад. Кредит: Институти Wyss муҳандисии аз ҷиҳати биологӣ илҳомёфта, Донишгоҳи Ҳарвард

Гарчанде ки қобилияти тавлиди тамоми узв тавассути биопринтинг дар оянда дур аст, олимон аллакай дар лаборатория органоидҳо ва бофтаҳои хурдтар истеҳсол мекунанд, ки баъзан "органҳо дар чип" номида мешаванд. Ин узвҳои дар чип дар лаборатория истеҳсолшуда аллакай аз ҷониби якчанд ширкатҳои фармасевтӣ ва косметикӣ (аз ҷумла L'Oréal, AstraZeneca, Sanofi ва Roche) барои санҷиши бехатарии доруҳо ва маҳсулоти нав дар намудҳои алоҳидаи бофтаҳо истифода мешаванд. ҳамчун пӯст, асабҳо ва ҷигар). Ин узвҳо дар чип ба муҳаққиқон имкон медиҳанд, ки дар як вақт бисёр доруҳо ё маҳсулотро зуд ва такроршаванда санҷанд ва инчунин эҳтиёҷоти ҳайвонотро барои санҷиши бехатарӣ ва заҳролуд будани маҳсулот коҳиш диҳанд. Гарчанде ки моделҳои ҳайвонот барои баъзе тадқиқотҳои биотиббӣ, ба монанди санҷиши он, ки чӣ гуна бемориҳо ба монанди саратон ё деменсия дар тамоми бадан пешравӣ мекунанд, зарур ва бебаҳо мебошанд, кам кардани шумораи ҳайвонҳое, ки барои қадамҳои қаблии раванди тадқиқот лозиманд, бурди ахлоқӣ хоҳад буд. истифода бурдани хайвонот дар тадкикот. Ҳамзамон, олимон бояд бодиққат арзёбӣ кунанд, ки оё "органҳо дар чип" ҳамчун моделҳои ҳайвонот дар пешгӯии заҳролудшавии маводи мухаддир самараноканд, зеро таъмини амнияти беморон ҳангоми озмоишҳои нави клиникӣ бояд ҳамеша авлавияти аввалиндараҷа бошад.

Дар моҳи декабр дар ҷаласаи ASCB/EMBO, ASCB коғази сафедро дар бораи органоидҳо нашр мекунад, ки мушкилот ва имкониятҳоро дар ин соҳаи тадқиқот муҳокима мекунад.

Трансплантатсияи узвҳои биопрингӣ: демократикунонии табобати наҷотбахш ё васеъ кардани нобаробарии даромад дар тиб?

Гарчанде ки дар айни замон танҳо як сенарияи гипотетикӣ, мақомоти биопринтинг метавонанд бо роҳи коҳиш додани хароҷоти бузург ва вақти интизорӣ дар соҳаи трансплантатсияи узвҳо инқилоб кунанд. Тибқи иттилои Бунёди Миллии Трансплантатсия, арзиши кунунии трансплантатсияи узв дар Иёлоти Муттаҳида метавонад ба осонӣ аз $500,000 то $1,000,000 зиёдтар бошад ва баъзе ширкатҳои суғурта беморонро исбот мекунанд, ки онҳо метавонанд 20% хароҷоти пешакиро пеш аз анҷоми трансплантатсия пардохт кунанд. Ин маҷмӯа доруҳои пас аз трансплантатсия ва ёрии тиббиро барои пешгирии радкунии узвҳо дар бар намегирад, ки дар як сол даҳҳо ҳазор доллари иловагиро талаб мекунад. Илова бар ин, вақти миёнаи интизории донори мувофиқ барои аксари трансплантатсияи узвҳо аз шаш моҳ то ду солро ташкил медиҳад. Дар айни замон, қобилияти чопи тамоми узвҳои функсионалӣ ҳанӯз солҳои зиёд ё ҳатто даҳсолаҳо дур аст. Бо вуҷуди ин, тавре ки дар ҳама бахшҳои технология рӯй медиҳад, пешгӯӣ мешавад, ки биопринтинг бо мурури замон арзонтар, тезтар ва васеътар мешавад. Як узви чопӣ, ки даҳҳо ҳазор доллар арзиш дорад ва метавонад дар тӯли чанд ҳафта истеҳсол шавад, дар муқоиса бо хароҷоти кунунии донории узвҳо як ҷаҳиши бузурге хоҳад буд ва барои садҳо ҳазор беморони эҳтиёҷманд як неъмате хоҳад буд. аз трансплантатсия.

Хусусан, беморони педиатрӣ аз технологияи биопринтинг ба таври назаррас манфиат мегиранд. Кӯдакон барои трансплантатсия ва технологияҳои дастгоҳҳои биотиббӣ як мушкилоти беназир пешниҳод мекунанд, зеро ҷисми кӯдакон ҳоло ҳам афзоиш ва тағир меёбад. Масалан, агар кӯдак клапани сунъии дил гирад, дар оянда онҳо метавонанд ба як ҷарроҳии сершумор ниёз дошта бошанд, то ба клапани калонтар табдил ёбанд, зеро онҳо афзоиш меёбанд. Биопрингии бофтаҳо ё узвҳои нав барои беморони педиатрӣ метавонад имкон диҳад, ки дастгоҳҳои нав бо кӯдак афзоиш ёбад ва эҳтиёҷоти ҷарроҳии сершуморро коҳиш диҳад.

Гуфта мешавад, табобатҳои гаронбаҳои фардӣ, аз қабили биопринтинг, инчунин хатари васеъ шудани фосилаи афзояндаи иҷтимоию иқтисодӣ дар табобати тиббиро доранд. Дастрасии васеъи дастрас бо дигар табобатҳои муосир ва гаронбаҳо, аз қабили терапияи ген, иммунотерапияи саратон ва тибби фардӣ, ки ба геномика асос ёфтааст, мушкил буд. Биопрингии 3D ҳамон хатареро дорад, ки танҳо барои одамони хеле сарватманд (ё хеле хуб суғурташуда) дастрас гардад, агар мо ҳамчун ҷомеа роҳ надиҳем, ки он ба ҳама ниёзмандон дастрас шавад, на танҳо барои ҳар касе, ки метавонад имконият дихед.

Моликияти зеҳнӣ: Маҳсулоти чопшудаи биологӣ кӣ дорад ва аз он фоида мегирад?

http://www.yole.fr/iso_album/organs-on-chips_investments_yole_april2017_433x280.jpg

Раванди тавлиди узв ё бофтаи биоприн 3D бениҳоят мураккаб аст ва усулҳои таҳиякардаи одамони гуногунро барои табдил додани идея ба маҳсулоти зинда ва функсионалӣ истифода мебарад. Гарчанде ки соҳаи чопи 3D дар маҷмӯъ ба маълумот ва тарҳҳои дастрасии кушод такя мекунад, саволе, ки натиҷаҳо ба кӣ тааллуқ доранд, дар робита ба танзим ва патентҳо ҳатто пеш аз фурӯхтани маҳсулоти биопринатсия ба беморон таъсири ҳуқуқӣ ва пулӣ дорад. Барои ба даст овардани мувозинат байни дастрасии пурра барои беморон барои пешбурди дастрасӣ ва истифодаи маҳдуд бо ҳифзи қавии ҳуқуқӣ барои ширкатҳо барои пешбурди инноватсия, баррасии қонуни ба наздикӣ пешниҳодшуда пешниҳод кард, ки мо патентҳоро дар раванди биопринтинг иҷозат медиҳем, аммо на ба маҳсулоти ниҳоӣ. Танҳо технологияҳои "орган дар чип" то соли 2022 арзиши тақрибан 60 миллион долларро ташкил медиҳанд ва ин соҳа потенсиали як саноати бисёрмиллиарддолларӣ шуданро дорад, аз ин рӯ, тасмим гирифтан, ки чӣ тавр дуруст патент кардани ин технология метавонад ба таври ҷиддӣ таъсир расонад соҳа инкишоф меёбад ва то чӣ андоза дастрасии беморон ва истеъмолкунандагон хоҳад буд.

Илова бар ин, дастгоҳҳои тиббӣ ба монанди узвҳои чопӣ ба системаи мавҷудаи озмоишҳои клиникии мо ба осонӣ мувофиқат намекунанд, аз ин рӯ ба олимон лозим аст, ки системаи нави озмоишҳои пеш аз клиникӣ ва клиникиро таҳия кунанд, то бехатарии биопринтинг ва дигар "дастрасии кушодро дар одамон санҷанд. » дастгоххо. Бо беҳтар шудани технология, эҳтимол аст, ки олимон инчунин роҳҳои бештари танзими узвҳои биопринатсияро таҳия кунанд (масалан, истифодаи ҳуҷайраҳои бунёдии плюрипотенти худи бемор барои парвариши намудҳои нави бофта), боиси мушкилоти бештаре ба ғояи қонунии кӣ "молик шудан" ва фоида аз чизе, ки бо маводи зинда чоп карда мешавад. Ғайр аз он, агар ҳуҷайраҳо ба ҷои мустақим аз бемор аз донор гирифта шаванд, барои махфӣ нигоҳ доштани мушаххас кардани маълумоти генетикӣ ва таъмини розигии дурусти огоҳона аз донорҳо (яъне донорҳо дақиқ медонанд, ки ҳуҷайраҳои тақдимшудаи онҳо барои чӣ истифода мешаванд) муҳофизат лозим мешавад. . Саволҳои ҳуқуқӣ ва иқтисодӣ ба монанди инҳо танҳо аз ҷониби олимон ҷавоб дода намешаванд, аз ин рӯ барои ҳалли пурраи ин масъалаҳо ҳамкорӣ байни олимон, сиёсатмадорон, ҳуқуқшиносон ва ғайра зарур аст.

Илм бесарусомон ва мураккаб аст, на танҳо аз он сабаб, ки худи ҳаёт бениҳоят мураккаб аст, балки инчунин аз он сабаб аст, ки илм аз муносибати мо бо он ҳамчун ҷомеа ҷудонашаванда аст. Биопринтинг намунаи барҷастаи технологияест, ки ба инсоният таъсир мерасонад ва баръакс. Барои пурра истифода бурдани бартариҳои биопринтинг, мо бояд ҳоло сӯҳбат кунем, ки кай истифодаи технология ахлоқӣ ва судманд аст ва кӣ воқеан ҳам аз ҷиҳати тиббӣ ва ҳам аз ҷиҳати иқтисодӣ фоида меорад.

Андешаҳо ва андешаҳое, ки дар ин блог баён шудаанд, нуқтаи назари муаллиф(ҳо) мебошанд ва сиёсат ё мавқеи расмии ASCB-ро ифода намекунанд.


Скафлетҳои Bioink

Дар муқоиса бо дигар ҷузъҳои асосии биоинк, маводҳои мобилӣ ва омилҳои изофӣ, интихоби меъморӣ бештар аз маводҳое, ки дар стратегияҳои муҳандисии анъанавии матоъ истифода мешаванд, дур мешавад. Ин асосан аз он иборат аст, ки хосиятҳои скафанд барои дастгирии талаботи физикии раванди чоп муҳимтарин мебошанд. Скаффолдҳои биоинк бояд ҳуҷайраҳоро бо замимаи бехатар ва муҳофизат аз фишорҳои механикӣ ва гармии чоп таъмин кунанд. Онҳо инчунин бояд афзоиш ва паҳншавии ҳуҷайраҳоро бидуни таъсир ба фенотипи ҳуҷайра дастгирӣ кунанд.41, 44 Мутобиқатии мувофиқи биологӣ бузургтарин омили маҳдудкунанда барои паҳлӯҳои потенсиалӣ мебошад, зеро онҳо бояд бе аксуламали иммунӣ, аксуламали илтиҳобӣ ё тафриқаи бармаҳали ҳуҷайраҳои бунёдӣ ба ситомувофиқ бошанд.39 Гуногунии ҳуҷайраҳои ҳуҷайра. скаффолдҳои мушаххаси биоинк, ки аз ҷониби муфаттишон истифода мешаванд, васеъ аст. Дар зер, мо хосиятҳои категорияҳои маъмултарини scaffolds bioink баррасӣ (ниг. Ҷадвали 3).

Ҷадвали 3

Навъи биоинкГидрогельхоСинтетикӣТабиӣ
ТавсифиАз полимерҳои гидрофиликӣ иборатанд, ки тавассути пайвандҳои ковалентӣ пайваст мешаванд ё тавассути ҷалби физикии дохилимолекулавӣ ва байнимолекулавӣ якҷоя нигоҳ дошта мешаванд1Аз манбаъҳои синтетикӣ ва табиӣ гирифта шудааст, масалан. Маводҳои дар асоси полиэтиленгликол (PEG) ба монанди диакрилат PEG (PEGDA) ва гелҳои полиакриламид (PAAm) асосёфтаБо маводи биологӣ сохта шудааст, масалан. коллаген, фибрин, кислотаи гиалуронй
АфзалиятҳоГидрофилӣ имкон медиҳад, ки мубодилаи осони газҳо ва маводи ғизоӣ, ба биологӣ мувофиқ ва ба осонӣ тағир дода шавандБа осонӣ тағир дода мешавад, масалан. Гурӯҳҳои функсионалии ба осонӣ мутобиқшуда, ғайрииммуногенӣХеле мувофиқи биологӣ
КамбудиҳоКишти тухмй бад, хосиятхои механикии паст1Сайтҳои пайвасти мобилӣ вуҷуд надорад2Тағйироти маҳдуд, лоғаркунии буридан2
ВискозӣТанзимшаванда 3PEG: паст
Кислотаи плуронӣ: баланд2
Желатин ва фибриноген: паст
Кислотаи гиалуронӣ: баланд (то 1000Пас)
Абрешим: баланд2

Дастгоҳҳои гидрогелӣ

Гидрогелҳо эҳтимолан муҳимтарин биоинк мебошанд. Гидрогелҳо полимерҳои шаклшаванда мебошанд, ки барои тақлид кардани муҳити берун аз ҳуҷайраҳои бофтаҳои бадан таҳия шудаанд ва метавонанд ҳазорҳо маротиба вазни хушки худро дар об бирӯянд. алгинат,28, 51, 52 ва якчанд маводи дигар.45 Намунаҳои татбиқи гидрогели кунунӣ линзаҳои контактии мулоим53 ва илтиёмҳои биологӣ ба монанди полимерҳои полиэтиленгликоли (PEG) мебошанд, ки аксар вақт барои пешгирии ихроҷи ҳаво пас аз ҷарроҳии шуш истифода мешаванд.54, 55 A. мисоли муҳандисии матоъ истифодаи гидрогелҳо барои ташаккули каналҳои клапанҳои аорта мебошад.51 Гидрогелҳоро танҳо барои кишти минбаъдаи ҳуҷайра чоп кардан мумкин аст ё бо ҳуҷайраҳои аллакай дар матритсаи гидрогел овезоншуда биопринатсия кардан мумкин аст. Дар як тадқиқот, сохтори гӯши бионикӣ аз ҷиҳати анатомӣ бо роҳи пеш аз шинонидани матритсаи гидрогели алгинатӣ бо хондроситҳои қобили ҳаёт дар атрофи мавҷгири рагҳои индуктивӣ, ки сигналҳои электромагнитиро дар диапазони басомади васеъ бомуваффақият қабул карда метавонист, биопринтер карда шуд.56

Растаниҳои синтетикӣ

Биоинкҳо метавонанд аз маводҳои синтетикӣ ё манбаъҳои табиатан ҳосилшуда иборат бошанд. Намунаҳои маъмули гидрогелҳои синтетикӣ дорои маводи дар асоси полиэтиленгликол (PEG) ба монанди диакрилат PEG (PEGDA) ва гелҳои полиакриламид (PAAm) мебошанд. Бартарии асосии биоинкҳои синтетикӣ нисбат ба манбаъҳои табиӣ ин қобилияти коркарди хосиятҳои химиявӣ ва физикии онҳо ҳангоми зарурат мебошад. Вазни молекулавӣ, гурӯҳҳои функсионалӣ, суръати пайвастшавӣ ва дигар хосиятҳои механикии биоинкҳои синтетикиро метавон барои усули мушаххаси биопринтинг ё бофтаи мақсаднок оптимизатсия кард.33 Камбудии асосӣ дар истифодаи биоинкҳои синтетикӣ имконияти маҳдудтар барои ҳамкории ҳуҷайраҳо мебошад. Биоинкҳои синтетикӣ одатан маконҳои табиии пайвастшавии ҳуҷайраро дар бар намегиранд ва ба муҳити ECM биологӣ ба таври муассир тақлид намекунанд.33

Шаклҳои табиӣ

Полимерҳои табиӣ маводҳоеро ба мисли желатин, коллаген, фибрин, алгинат ва полимерҳои зиёди дигарро дар бар мегиранд, ки табиатан дар табиат мавҷуданд.57 Ин маводҳо аз сабаби баландтари биологӣ ва потенсиали зиёд барои дастгирии зиндашавӣ ва афзоиши ҳуҷайраҳо дар муқоиса бо биоинкҳои синтетикӣ муфиданд.27 A. Аммо маҳдудият дар он аст, ки хосиятҳои механикии биоинкҳои табиӣ азнавсозӣ ва устувориро то дараҷаи биоинкҳои синтетикӣ дастгирӣ намекунанд. Масалан, биоинкҳои аз желатин ва алгинат ҳосилшуда аз дурустии шакл, ҳалли пасти чоп азият мекашанд ва дар ҳарорати физиологӣ гелҳои хеле нармро ташкил медиҳанд.27 Кӯшишҳо барои беҳтар кардани ин маҳдудиятҳо то андозае самаранок буданд. Стратегияҳо, ба монанди ворид кардани гурӯҳҳои нави функсионалӣ тавассути пайвастшавӣ ва ташаккули таркибҳои биоинкҳои табиӣ ва синтетикӣ қодир буданд, ки садоқатмандии чоп, ҳалкунанда ва якпорчагии механикиро беҳтар намуда, дар ҳоле ки хосиятҳои муфиди биоинкҳои табииро нигоҳ доранд.27, 58, 59


Биопрингии 4D

Илова ба биопринтинги 3D, баъзе гурӯҳҳо инчунин биопринтинги 4D-ро, ки андозаи чоруми вақтро ба инобат мегирад, баррасӣ карданд. Биопрингии 4D ба он асос ёфтааст, ки сохторҳои чопшудаи 3D метавонанд бо мурури замон, ҳатто пас аз чоп шуданашон таҳаввулро идома диҳанд. Ҳамин тариқ, сохторҳо метавонанд шакл ва / ё функсияи худро ҳангоми дучор шудан ба ангезаи дуруст, ба монанди гармӣ тағйир диҳанд. Биопрингии 4D метавонад дар соҳаҳои биотиббӣ истифода шавад, ба монанди сохтани рагҳои хун тавассути истифодаи бартарият аз он ки чӣ гуна баъзе сохторҳои биологӣ печида ва печонида мешаванд.


Биопрингии 3D: Роҳнамои ҳамаҷониба ва интихоби маҳсулот

Биопрингии 3D равандест, ки дар он мошине бо номи а Биопринтери 3D барои сохтани сохторҳои бофтаи дорои ҳуҷайраҳо ва матритсаи берун аз ҳуҷайра истифода мешавад. Ин сохторҳо метавонанд дар тибби барқарорсозӣ, озмоиши фармасевтӣ, истеҳсоли хӯрокворӣ ва дигар соҳаҳо истифода шаванд.

Мисли чопи муқаррарии 3D, биопринтинги 3D бо истифода аз файли рақамии CAD ҳамчун нақша қабат ба қабат шаклҳои 3D эҷод мекунад. Бо вуҷуди ин, тавассути чопи 3D бо ҳуҷайраҳо ба ҷои пластикӣ ва металлҳо, биопринтинг метавонад сохторҳои дақиқи бофтаи бофтаро эҷод кунад, ба монанди Органҳои чопшудаи 3D. Дар айни замон, ин узвҳоро танҳо барои тадқиқот дар оянда истифода бурдан мумкин аст, аммо онҳоро метавон ба беморони одам интиқол дод.

Гарчанде ки бисёр технологияҳо ва усулҳои гуногуни биопринтинги 3D вуҷуд доранд, аксари биопринтерҳои 3D моддаҳои бо номи биоинксро чоп мекунанд. Инхо биоинкҳо ҳуҷайраҳои зинда дорандИлова ба маводи часпак ба монанди алгинат ё желатин, ки ба биопринтери 3D имкон медиҳанд, ки дар он ҳуҷайраҳо зинда монад ва бо ҳам ҳамкорӣ кунанд. Биоинкҳо метавонанд дорои ҳуҷайраҳои тафриқашуда (махсусгардонидашуда, ба функсия хос) ё ҳуҷайраҳои бунёдӣ (ғайри мушаххас, баъдтар боиси тафриқашаванда) бошанд.

Ин дастур дорои муқаддима ба Технологияҳои биопрингии 3D ва замимаҳои онҳо, инчунин шарҳи беҳтарин биопринтерҳои 3D дар бозор.


15. n3Dbio & # 8217s Bioassembler


Дар левитацияи магнитӣ, ҳуҷайраҳо бо NanoShuttle-PL (ки аз тилло, оксиди оҳан ва поли-L-лизин иборат аст ва ҳуҷайраҳоро бо роҳи электростатикӣ ба мембранаҳои ҳуҷайра пайваст карда магнит мекунад) тавассути инкубатсия дар як шабонарӯз магнитизатсия карда мешаванд ва ба плитаи репелленти ҳуҷайраҳои бисёрқабата, Дар он ҷо онҳо аз қаъри табақ тавассути магнити болои табақ бардошта мешаванд. In levitating cells off the bottom of a multiwell plate, the magnetic forces work as an invisible scaffold that rapidly aggregates cells, and induces cell-cell interactions and ECM synthesis. The 3D culture is formed without any artificial substrate or specialized media or equipment and can be cultured long-term. Additionally, adding and removing solutions is made easy by the use of magnets to hold down 3D cultures when removing solutions, limiting culture loss. 3D cultures can also be picked up and transferred between vessels using magnetic tools such as the MagPen.

If you are in the market for a serious 3D bioprinter now, though, this might help you focus in on what you are looking for. If you are working on developing your own system, these are some of the top competitors you will be facing. And, who knows, maybe in twenty years, you’ll have something like you see in the animated .gif from The Fifth Element posted above.

*This article was modified on August 26th to include the BioBot 1 Bioprinter and on August 27th to include new details about the BioBots Beta program and official launch date.

Davide Sher

Davide was born in Milan, Italy and moved to New York at age 14, which is where he received his education, all the way to a BA. He moved back to Italy at 26 and began working as an editor for a trade magazine in the videogame industry. As the market shifted toward new business models Davide started working for YouTech, the first iPad native technology magazine in Italy, where he discovered the world of additive manufacturing and became extremely fascinated by its incredible potential. Davide has since started to work as a freelance journalist and collaborate with many of Italy’s main generalist publications such as Corriere della Sera, Panorama, Focus Italy and Wired Italy: many of his articles have revolved around the different applications of 3D printing.