3D bioinprimaketa teknikaren aurrerapen handi batean, zelulak eta ehunak beren ingurune naturalean antzera jokatzeko sortu dira, "benetako" egitura biologikoak eraikitzeko.
3D inprimaketa material bat batu eta, horrela, ordenagailu baten kontrol digitalaren pean elkartu edo sendotzen den prozedura bat da, hiru dimentsioko objektu edo entitate bat sortzeko. Prototipazio azkarra eta Fabrikazio Gehigarria dira objektu edo entitate konplexuak material geruzatuz eta pixkanaka eraikitzeko teknika hau deskribatzeko erabiltzen diren beste terminoak, edo metodo "gehigarri" bat besterik gabe. Teknologia nabarmen honek hiru hamarkada daramatza 1987an ofizialki deskubritu ondoren, orain dela gutxi protagonismoa eta ospea lortu du, prototipoak ekoizteko baliabidea izateaz gain, osagai funtzional osoak eskaintzen dituelako. Horrelako aukeren potentziala da 3D inprimatzeko, gaur egun berrikuntza handiak bultzatzen ari da arlo askotan, besteak beste, ingeniaritza, fabrikazioa eta medikuntza.
Fabrikazio gehigarriko metodo desberdinak eskuragarri daude, azken emaitza lortzeko urrats berdinak jarraitzen dituztenak. Lehen urrats erabakigarrian, diseinua CAD (Computer-Aided-Design) softwarea erabiliz sortzen da ordenagailuan, plano digitala deritzona. Software honek azken egitura nola geratuko den eta nola jokatuko duen aurreikus dezake, beraz, lehen urrats hau ezinbestekoa da emaitza ona lortzeko. CAD diseinu hau formatu tekniko batean bihurtzen da (.stl fitxategia edo teselazio-lengoaia estandarra deritzona) 3D inprimagailuak diseinuaren argibideak interpretatu ahal izateko beharrezkoa dena. Ondoren, 3D inprimagailua konfiguratu behar da (ohiko, etxeko edo bulegoko 2D inprimagailu baten antzekoa) benetako inprimaketa egiteko; hau da, tamaina eta orientazioa konfiguratzea, horizontaleko edo bertikaleko inprimaketak aukeratzea, inprimagailuen kartutxoak hauts egokiarekin betetzea. . The 3D printer ondoren, inprimatze-prozesua hasten da, diseinua materialaren geruza mikroskopiko bat aldi berean eraikiz. Geruza honek normalean 0.1 mm inguruko lodiera du, nahiz eta pertsonalizatu daitekeen inprimatzen den objektu jakin bati egokitzeko. Prozedura osoa automatizatuta dago gehienetan eta ez da esku-hartze fisikorik behar, funtzionaltasun zuzena ziurtatzeko aldizkako egiaztapenak baino ez dira. Objektu jakin batek hainbat ordu edo egun behar ditu osatzeko, diseinuaren tamainaren eta konplexutasunaren arabera. Gainera, metodologia "gehigarria" denez, ekonomikoa, ekologikoa da (galdu gabea) eta diseinuetarako askoz ere aukera handiagoa eskaintzen du.
Hurrengo maila: 3D Bioinprimaketa
Bioinprimaketa 3D inprimaketa tradizionalaren luzapena da, azken aurrerapenekin, 3D inprimaketa material bizi biologikoetan aplikatzea ahalbidetzen dutenak. Dagoeneko 3D tintazko inprimaketa gailu eta tresna mediko aurreratuak garatzeko eta fabrikatzeko erabiltzen den arren, urrats bat gehiago garatu behar da molekula biologikoak inprimatzeko, ikusteko eta ulertzeko. Ezberdintasun erabakigarria tintazko inprimaketa ez bezala, bioinprimaketa bio-tintan oinarritzen da, hau da, zelula bizidunen egituraz osatuta dagoena. Beraz, bioinprimatzean, eredu digital jakin bat sartzen denean, ehun bizidun espezifikoa inprimatu eta zelula-geruzaz eraikitzen da. Gorputz bizidunaren osagai zelularrak oso konplexuak direla eta, 3D bioinprimaketa poliki-poliki aurrera doa eta konplexutasunak, hala nola, materialak, zelulak, faktoreak, ehunak aukeratzeak prozedura-erronka gehigarriak sortzen ditu. Konplexutasun horiei ulermena zabalduz aurre egin daiteke diziplinarteko arloetako teknologiak integratuz, adibidez, biologia, fisika eta medikuntza.
Aurrerapen handiak bioinprimaketan
Argitaratutako ikerketa batean Material Funtzional Aurreratuak, ikertzaileek 3D bioinprimatzeko teknika bat garatu dute, normalean ehun naturaletan (beren jatorrizko ingurunean) aurkitzen diren zelulak eta molekulak erabiltzen dituena "benetako" egitura biologikoen antza duten eraikuntzak edo diseinuak sortzeko. Bioinprimaketa-teknika berezi honek "automuntaketa molekularra" eta "3D inprimaketa" konbinatzen ditu egitura biomolekular konplexuak sortzeko. Automuntaketa molekularra molekulek zeregin zehatz bat egiteko beren kabuz antolamendu zehaztu bat hartzen duten prozesu bat da. Teknika honek "3D inprimaketak" eskaintzen duen "egitura-ezaugarrien kontrol mikroskopikoa eta makroskopikoa" integratzen du "automuntatze molekularra" ahalbidetzen duen "kontrol molekular eta nano-eskala"rekin. Automuntatze molekularraren boterea erabiltzen du inprimatzen ari diren zelulak suspertzeko, hau da, bestela, 3D inprimaketaren muga bat da "3D inprimatzeko tinta" arruntak horretarako bitarteko hori ematen ez duenean.
Ikertzaileek gorputzaren barruko jatorrizko ingurunearen antzekoa den "bio tintan" egiturak "txertatu" zituzten, egiturak gorputzean egingo luketen bezala joka dezaten. Bio-tinta honek, auto-muntatzen den tinta ere deitzen dena, propietate kimiko eta fisikoak kontrolatzen edo modulatzen laguntzen du inprimaketa bitartean eta ondoren, eta, ondoren, zelulen portaera estimulatzeko aukera ematen du. Mekanismo bakarra aplikatzen denean bioinprimaketa zelula horiek beren ingurunean nola funtzionatzen duten behatzeko aukera ematen digu, eta horrela, benetako eszenatoki biologikoaren argazkia eta ulermena ematen digu. 3D egitura biologikoak eraikitzeko aukera planteatzen du, eskala anitzetan ondo definitutako egituretan muntatzeko gai diren biomolekula mota anitz 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 tintazko inprimaketaren oztopo handienetako bat software aurreratu eta sofistikatu baten garapena izan da, inprimaketaren lehen urratsean erronkari aurre egiteko: diseinu edo plano egokia sortzea. Esate baterako, bizirik gabeko objektuen planoa erraz sor daiteke, baina gibela edo bihotzaren eredu digitalak sortzeko orduan, objektu material gehienak bezala zaila eta ez erraza da. Bioinprimatzeak abantaila ugari ditu, zalantzarik gabe, kontrol zehatza, errepikakortasuna eta diseinu indibiduala, baina oraindik ere hainbat erronka ditu; garrantzitsuena zelula mota anitz sartzea da espazio-egitura batean, ingurune bizia dinamikoa eta ez estatikoa baita. Ikerketa honek aurrerapenean lagundu du 3D bioinprimaketa eta oztopo asko kendu daitezke haien printzipioak jarraituz. Argi dago bioinprimaketaren benetako arrakastak hainbat alderdi dituela lotuta. Bioinprimaketa ahalbideratu dezakeen alderdirik erabakigarriena biomaterial egokiak eta garrantzitsuak garatzea da, inprimaketaren bereizmena hobetzea eta baskularizazioa teknologia hau klinikoki arrakastaz aplikatu ahal izateko. Badirudi ezinezkoa dela bioinprimaketaren bidez gizakien transplanteetarako guztiz funtzionatzen duten eta bideragarriak diren organoak 'sortzea', baina, hala ere, alor hau azkar doa aurrera eta garapen ugari daude orain urte gutxi barru. Lortu beharko litzateke bioinprimaketari lotutako erronka gehienak gainditzea, ikertzaileak eta ingeniari biomedikoak bioinprimaketa konplexu arrakastatsurako bidean daudelako.
Bioprinting-ekin arazo batzuk
Arloan planteatutako puntu kritikoa bioinprimaketa hau da, fase honetan ia ezinezkoa dela teknika hau erabiltzen duten pazienteei eskaintzen zaizkien tratamendu biologiko "pertsonalizatuen" eraginkortasuna eta segurtasuna probatzea. Gainera, tratamendu horiekin lotutako kostuak arazo handia da batez ere fabrikazioari dagokionez. Nahiz eta oso posible den giza organoak ordezkatu ditzaketen organo funtzionalak garatzea, baina, hala ere, gaur egun ez dago gaixoaren gorputzak ehun berriak edo sortutako organo artifizialak onartuko dituen eta transplante horiek arrakasta izango duten ebaluatzeko. guztiak.
Bioinprimaketa hazten ari den merkatua da eta ehunen eta organoen garapenean zentratuko da eta agian hamarkada gutxiren buruan emaitza berriak ikusiko lirateke 3D inprimatutako giza organoetan eta transplante. 3D bioinprimaketa gure bizitzako garapen mediko garrantzitsuena eta garrantzitsuena izaten jarraituko du.
***
{Jatorrizko ikerketa-lana irakur dezakezu behean aipatzen den DOI estekan aipaturiko iturrien zerrendan}
Iturria (k)
Hedegaard CL 2018. Hidrodinamikoki gidatutako hierarkiko auto-muntaketa peptido-proteina biotinkak. Material Funtzional Aurreratuak. https://doi.org/10.1002/adfm.201703716
