Bioprinter

Bioprinter jsou speciální typ 3D tiskárny. Na základě počítačově řízeného tkáňového inženýrství mohou produkovat tkáně nebo bioarrays. V budoucnu by mělo být možné s jejich pomocí produkovat orgány a umělé živé bytosti.

Co je to bioprinter?

Bioprintery jsou technická zařízení pro trojrozměrný tisk biologických tkání a orgánů jejich přenosem do živých buněk. Tato oblast 3D tisku je stále v experimentální fázi a je zkoumána hlavně ve vědeckých studiích na univerzitách. Cílem je vytvořit možnost produkce funkčních náhradních tkání a orgánů, které mohou být použity při lékařském ošetření.

Termín používaný pro bioprinter se nazývá bioprinting. Bioprinting začíná základním složením cílové tkáně nebo cílového orgánu. Bioprinter se používá pouze v laboratorním prostředí. Speciální 3D tiskárna v důsledku toho ukládá a vytváří tenké vrstvy buněk prostřednictvím tiskové hlavy. K tomu se hlava bioprinteru pohybuje doleva, doprava, nahoru nebo dolů.

Bioprinters používají k vytváření organických materiálů protokoly bio-ink nebo bio-process. Jedná se o biopolymery s buňkami živých bytostí a hydrogely s až 90% vody. Vlastnost toku musí být vypočtena přesně. Na jedné straně musí být hmota dostatečně tekutá, aby se kanyly injekčních stříkaček nezanášely, a na druhé straně musí být dostatečně pevné, aby struktura terče byla trvanlivá.

Další použití pro bioprinting zahrnuje transplantace, chirurgickou terapii, tkáňové inženýrství a rekonstrukční chirurgii.

Tvary, typy a typy

V současné době se v komerčním odvětví používají bioprintery jen zřídka. Protože bioprinting je ve vývojové fázi, zralé typy nebo typy bioprinterů nejsou v současné době ověřovány. V zásadě však lze pro bioprinting použít jakoukoli 3D tiskárnu. Za tímto účelem musí být obvykle používaný prášek z PVC nahrazen vhodnými buňkami. Testovány jsou také procesy, pomocí kterých je možné vyvíjet bioprintery z běžných inkoustových tiskáren.

Biologický inkoust musí splňovat vysoké požadavky. Například každá látka, která má být použita pro klinické účely, musí splňovat přísné mezinárodní požadavky. Než mohou být tyto látky použity v bioprintingu, musí být podrobeny roky testování.

Struktura a funkčnost

Fungování bioprinteru je velmi podobné funkčnímu principu běžné 3D tiskárny. Formy jsou vyráběny pomocí extrudéru. PVC prášek se však nepoužívá, jako je tomu u konvenčních 3D tiskáren, ale polymerní gel, obvykle na bázi alginátu.

Současné bioprintery, které se občas používají v praxi, produkují kapičky, z nichž každá obsahuje 10 000 až 30 000 jednotlivých buněk. Organizace těchto jednotlivých buněk by se měla spojit a vytvořit funkční tkáňové struktury na základě odpovídajících růstových faktorů.

Bioprinters vyžadují kontrolu teploty pro přesný tisk. Současné biotiskové tiskárny jsou prostorově velmi velké a mohou mít šířku, délku a výšku několik metrů. Písty stříkaček jsou ovládány pomocí počítače, který je obvykle umístěn mimo tiskárnu. Základem toho jsou digitálně dostupná data 3D modelu. Biologický inkoust je vytlačován až z osmi stříkacích trysek a zamýšlená struktura je vybudována na platformě.

Zdravotní a zdravotní přínosy

Bioprintery se v zásadě používají zejména ve třech oblastech: v medicíně, potravinářství a v syntetické biologii. V medicíně je myslitelné a plánované použití bioprinterů v podoblastech chirurgické terapie, rekonstrukční chirurgie, dárcovství orgánů a transplantací.Hlavní výhoda je zřejmá, zejména u orgánů z bioprinterů: přesná koordinace s tělem určeným k transplantaci. Tímto způsobem lze zastavit hledání vhodného dárcovského orgánu, který vyhovuje přijímajícímu tělu.

Při rekonstrukční chirurgii se očekává zjednodušení a zlepšení. Jsou zde představitelné postupy, při nichž jsou buňky odebírány pacientovi z různých částí těla - jako jsou uši, prsty a kolena. Tyto buňky jsou rozmnožovány v laboratoři. Poté se přidá biopolymer. Bioprinter může z takové suspenze teoreticky vytvořit transplantát. Používá se pro pacienta. Vlastní buňky těla pak časem štěpí biopolymer. Zvláštní výhodou by mohlo být, že tělo transplantaci neodmítne. Navíc by taková transplantace mohla růst s tělem. Důvodem této pozitivní vlastnosti je to, že implantát je spojen s kontrolou růstu pacienta.

Oblast výzkumu používání bioprinterů v medicíně stále roste. V tuto chvíli je velmi myslitelné dělat štěpy z chrupavky jako nosu. Produkce tělesných orgánů je vnímána kritičtěji. Zejména počet kapilár potřebných k zásobování orgánů si v současné době nelze představit s požadovanou přesností. Další problém může vyplynout ze skutečnosti, že v tak složitých strukturách, jako jsou tělesné orgány, musí být různé buňky koordinovány a vzájemně komunikovat, aby mohly plnit různé funkce.

Bioprinters lze také použít k výrobě masa v potravinářském průmyslu. Podle vlastních prohlášení první společnosti již takové produkty úspěšně vytiskly. Ty by měly být chutné a levnější než porážka. V obchodech však v současné době není k dispozici žádné maso vytištěné bioprintingem.