3D bioinprimaketa teknikaren aurrerapen handi batean, zelulak eta ehunak beren ingurune naturalean antzera jokatzeko sortu dira, "benetako" egitura biologikoak eraikitzeko.
3D inprimaketa prozedura bat da, non material bat elkartu eta, horrela, ordenagailu baten kontrol digitalaren pean elkartu edo solidotzen den hiru dimentsioko objektu edo entitate bat sortzeko. Prototipazio Azkarra eta Gehigarrizko Fabrikazioa dira objektu edo entitate konplexuak sortzeko teknika hau deskribatzeko erabiltzen diren beste terminoak, materiala geruzatuz eta pixkanaka eraikiz – edo, besterik gabe, "gehigarrizko" metodo gisa. Teknologia bikain hau hiru hamarkada daramatza 1987an ofizialki aurkitu zenetik, baina duela gutxi bihurtu da ospea, prototipoak ekoizteko bide gisa ez ezik, osagai funtzional osoak eskaintzeko ere. Hain da handia 3D inprimaketaren aukeren potentziala, ezen berrikuntza handiak bultzatzen ari baita hainbat arlotan, besteak beste, ingeniaritzan, fabrikazioan eta medikuntzan.
Hainbat gehigarrizko fabrikazio-metodo mota daude eskuragarri, azken emaitza lortzeko urrats berdinak jarraitzen dituztenak. Lehenengo urrats erabakigarrian, diseinua CAD (Ordenagailuz Lagundutako Diseinua) softwarea erabiliz sortzen da ordenagailuan, plano digitala deritzona. Software honek azken egitura nola aterako den eta nola jokatuko den iragar dezake, beraz, lehen urrats hau ezinbestekoa da emaitza ona lortzeko. CAD diseinu hau formatu tekniko batera bihurtzen da (.stl fitxategi edo teselatze-lengoaia estandarra deiturikoa), 3D inprimagailuak diseinuaren argibideak interpretatu ahal izateko beharrezkoa dena. Ondoren, 3D inprimagailua konfiguratu behar da (etxeko edo bulegoko 2D inprimagailu arrunt baten antzera) benetako inprimaketarako; horrek tamaina eta orientazioa konfiguratzea, paisaia edo erretratu inprimaketak aukeratzea eta inprimagailuaren kartutxoak hauts egokiarekin betetzea barne hartzen ditu. Ondoren, 3D inprimagailuak inprimatze-prozesua hasten du, diseinua pixkanaka eraikiz, materialaren geruza mikroskopiko bat aldi berean. Geruza hau normalean 0.1 mm inguruko lodiera du, nahiz eta inprimatzen ari den objektu jakin batera egokitzeko pertsonaliza daitekeen. Prozedura osoa gehienbat automatizatua da eta ez da esku-hartze fisikorik behar, funtzionaltasun egokia bermatzeko aldizkako egiaztapenak baino ez. Objektu jakin bat osatzeko ordu batzuk edo egun batzuk behar dira, diseinuaren tamainaren eta konplexutasunaren arabera. Gainera, metodologia "gehigarria" denez, ekonomikoa, ekologikoa da (hondakinik gabe) eta diseinuetarako aukera askoz handiagoak eskaintzen ditu.
Hurrengo maila: 3D Bioinprimaketa
Bioinprimaketa 3D inprimaketa tradizionalaren luzapena da, eta azken aurrerapenek 3D inprimaketa material biologiko bizidunetan aplikatzea ahalbidetzen dute. 3D tinta-inprimaketa dagoeneko erabiltzen ari den arren gailu eta tresna mediko aurreratuak garatu eta fabrikatzeko, urrats bat gehiago eman behar da molekula biologikoak inprimatzeko, ikusteko eta ulertzeko. Desberdintasun nagusia da tinta-inprimaketa ez bezala, bioinprimaketa bio-tintan oinarritzen dela, eta hau zelula bizidunen egiturez osatuta dago. Beraz, bioinprimaketan, eredu digital jakin bat sartzen denean, ehun bizidun espezifikoa inprimatu eta geruzaz zelula eraikitzen da. Gorputz bizidunaren osagai zelular oso konplexuak direla eta, 3D bioinprimaketa poliki aurrera doa eta materialen, zelulen, faktoreen eta ehunen aukeraketa bezalako konplexutasunek prozedura-erronka gehigarriak sortzen dituzte. Konplexutasun horiei aurre egin diezaiekete diziplina anitzeko arloetako teknologiak integratuz, hala nola biologia, fisika eta medikuntza.
Aurrerapen handiak bioinprimaketan
Advanced Functional Materials aldizkarian argitaratutako ikerketa batean , ikertzaileek 3D bioinprimaketa teknika bat garatu dute, eta teknika horrek normalean ehun naturaletan (beren jatorrizko ingurunean) aurkitzen diren zelulak eta molekulak erabiltzen ditu "benetako" egitura biologikoen antza duten eraikuntzak edo diseinuak sortzeko. Bioinprimaketa teknika honek "molekularen auto-muntaketa" eta "3D inprimaketa" konbinatzen ditu biomolekularen egitura konplexuak sortzeko. Auto-muntaketa molekularra molekulek beren kabuz antolamendu definitu bat hartzen duten prozesua da, zeregin espezifiko bat egiteko. Teknika honek "3D inprimaketak" eskaintzen duen "ezaugarri estrukturalen mikro eta makroskopiko kontrol" eta "molekularen auto-muntaketak" ahalbidetzen duen "molekularen eta nanoeskalako kontrol" integratzen ditu. Molekularen auto-muntaketaren indarra erabiltzen du inprimatzen ari diren zelulak estimulatzeko, eta hori bestela muga bat da 3D inprimaketan, ohiko "3D inprimaketa tintak" horretarako baliabide hori eskaintzen ez duenean.
Ikertzaileek "bio-tinta" batean "txertatu" dituzte egiturak, gorputzeko ingurune naturalaren antzekoak, eta horrek egiturak gorputzean bezala jokatzera eramaten ditu. Bio-tinta honek, auto-muntaketa tinta ere deitua, propietate kimiko eta fisikoak kontrolatzen edo modulatzen laguntzen du inprimaketaren bitartean eta ondoren, eta horrek zelulen portaera horren arabera estimulatzea ahalbidetzen du. Bioinprimaketari aplikatzen zaion mekanismo bereziak zelula hauek beren inguruneetan nola funtzionatzen duten behatzeko aukera ematen digu, eta horrela, benetako egoera biologikoaren argazki bat eta ulermena ematen digu. 3D egitura biologikoak eraikitzeko aukera zabaltzen du, eskala anitzetan egitura ondo definituak sortzeko gai diren biomolekula mota ugari inprimatuz.
Etorkizuna oso itxaropentsua da!
Bioinprimaketari buruzko ikerketak ehun mota desberdinak sortzeko erabiltzen ari dira dagoeneko, eta, beraz, oso garrantzitsua izan daiteke ehunen ingeniaritzarako eta birsorkuntzarako medikuntzarako transplanteetarako egokiak diren ehun eta organoen beharrari erantzuteko (larruazala, hezurra, injertoak, bihotzeko ehuna eta abar). Gainera, teknika. zelula-ingurune konplexu eta espezifikoak bezalako eszenatoki biologikoak diseinatzeko eta sortzeko aukera ugari zabaltzen ditu ehunen ingeniaritzaren oparotasuna ahalbidetzeko, gorputzeko ehunen antza duten edo imitatzen dituzten objektuak edo eraikuntzak benetan sortuz -kontrol digitalean eta zehaztasun molekularrean-. Ehun bizidun, hezur, odol-hodi eta, potentzialki eta organo osoen ereduak sor daitezke mediku-prozedura, prestakuntza, proba, ikerketa eta sendagaiak aurkitzeko ekimenetarako. Pazienteentzako konstrukzio pertsonalizatuen belaunaldi oso zehatzak tratamendu zehatzak, zuzenduak eta pertsonalizatuak diseinatzen lagun dezake.
Bioinprimaketaren eta, oro har, 3D tinta-inprimaketaren oztopo handienetako bat software aurreratu eta sofistikatu baten garapena izan da, inprimaketaren lehen urratsean erronkari aurre egiteko: diseinu edo plano egoki bat sortzea. Adibidez, objektu bizigabeen planoa erraz sor daiteke, baina gibel edo bihotz baten modelo digitalak sortzeari dagokionez, erronka bat da eta ez da objektu material gehienen antzera erraza. Bioinprimaketak abantaila ugari ditu zalantzarik gabe: kontrol zehatza, errepikagarritasuna eta diseinu indibiduala, baina oraindik hainbat erronka ditu; garrantzitsuena zelula mota anitz egitura espazial batean sartzea da, ingurune biziduna dinamikoa baita eta ez estatikoa. Ikerketa honek 3D bioinprimaketaren aurrerapenean lagundu du , eta oztopo asko kendu daitezke haien printzipioak jarraituz. Argi dago bioinprimaketaren benetako arrakastak hainbat alderdi dituela. Bioinprimaketa ahalbidetu dezakeen alderdirik garrantzitsuena biomaterial garrantzitsu eta egokien garapena, inprimaketaren bereizmena hobetzea eta baita baskularizazioa ere, teknologia hau klinikoki arrakastaz aplikatu ahal izateko. Badirudi ezinezkoa dela bioinprimaketaren bidez gizakien transplanteetarako organo guztiz funtzionalak eta bideragarriak "sortzea", baina hala ere, arlo hau azkar aurrera doa eta garapen ugari daude lehen lerroan urte gutxiren buruan. Bioinprimaketarekin lotutako erronka gehienak gainditzea lor daiteke, ikertzaileak eta ingeniari biomedikoak dagoeneko bioinprimaketa konplexu arrakastatsuaren bidean baitaude.
Bioprinting-ekin arazo batzuk
Bioinprimaketaren arloan aipatu den puntu kritiko bat da ia ezinezkoa dela fase honetan teknika hau erabiliz pazienteei eskaintzen zaizkien tratamendu biologiko "pertsonalizatuen" eraginkortasuna eta segurtasuna probatzea. Gainera, tratamendu horiekin lotutako kostuak arazo handia dira, batez ere fabrikazioari dagokionez. Giza organoak ordezkatu ditzaketen organo funtzionalak garatzea oso posible den arren, hala ere, gaur egun ez dago modu ziurrik pazientearen gorputzak ehun berria edo sortutako organo artifiziala onartuko duen eta transplante horiek arrakastatsuak izango diren ebaluatzeko.
Bioinprimaketa hazten ari den merkatua da eta ehunen eta organoen garapenean zentratuko da, eta agian hamarkada batzuk barru emaitza berriak ikusiko dira 3D inprimatutako giza organoetan eta transplanteetan . 3D bioinprimaketa gure bizitzako garapen mediko garrantzitsuena eta garrantzitsuena izaten jarraituko du.
***
Iturria (k)
Hedegaard CL 2018. Peptido-proteina biotinten auto-muntaketa hierarkiko hidrodinamikoki gidatua. Material funtzional aurreratuak . https://doi.org/10.1002/adfm.201703716
***
