محققان UMC Utrecht نوآوری های کلیدی در چاپ زیستی حجمی انجام می دهند

دانشمندان UMC Utrecht نوآوری های زیادی در چاپ زیستی حجمی انجام داده اند.

پرینت زیستی، چاپ سه بعدی سلول‌ها و بافت‌های زنده، یک تکنیک تولید افزودنی است که پتانسیل را برای کاربردهای پزشکی ارائه می‌کند. با این حال، چاپ سه بعدی سلول‌ها و بافت‌های زنده همچنان چالش‌های زیادی را به همراه دارد.

محققان UMC Utrecht سه پیشرفت کلیدی در این زمینه انجام داده‌اند: ایجاد مناطق بیولوژیکی کاربردی در سلول‌های پرینت سه بعدی. استفاده از ژل های دانه ای برای بهینه سازی سلول های چاپ شده زیستی سه بعدی؛ و ترکیب پرینت زیستی حجمی با الکترونویس مذاب برای پرینت سه بعدی عروق خونی.

امید است که این پیشرفت ها به گسترش استفاده بالینی از پرینت زیستی سه بعدی کمک کند.

سلول های پرینت سه بعدی با مناطق عملکردی بیولوژیکی

یکی از نوآوری های کلیدی مربوط به عملکرد بیولوژیکی سلول های پرینت سه بعدی است.

چاپ زیستی حجمی، که همراه با ژل‌های تخصصی استفاده می‌شود، به سلول‌ها اجازه می‌دهد در عرض چند ثانیه چاپ سه بعدی شوند. با این حال، روش‌های متداول چاپ زیستی سه بعدی اجازه نمی‌دهند که این سلول‌ها به طور دقیق دستکاری شده و دقیقاً در جایی که لازم است قرار گیرند. علاوه بر این، ژل ها را نمی توان ویرایش کرد تا امکان توسعه، رشد و تخصصی شدن سلول ها را فراهم کند.

محققان تلاش کردند تا پس از فرآیند اولیه چاپ زیستی سه بعدی، تغییرات شیمیایی را در مواد پرینت سه بعدی فعال کنند. برای دستیابی به این هدف، محققان هم تخلخل ژل و هم ترکیبات داخلی که با مولکول های دیگر در ژل متصل می شوند را ویرایش کردند.

مارک فالانت، نویسنده این مقاله توضیح داد: «ابتدا ساختارهای مبتنی بر ژلاتین خود را با چاپگر حجمی چاپ کردیم، سپس با تزریق این ساختارها با مولکول‌های زیستی و آغازگر نور، می‌توانیم انگیزه‌های سه بعدی پیچیده‌ای را در داخل ساختارهای ژلاتین ایجاد کنیم. فن آوری های مواد پیشرفته کاغذ.

این امر امکان چاپ بیوپرینت حجمی سه بعدی بافتی را فراهم می‌کند که می‌تواند فاکتورهای رشد یا پروتئین‌های فعال زیستی را در خود “نقاشی” کند.

Falandt این را گامی بزرگ در ایجاد مواد هوشمندی می داند که می توانند به صورت بیوشیمیایی ویرایش شوند. این رویکرد برای ایجاد داربست‌های ساخته شده بی‌ساخت که می‌تواند رفتار و توسعه سلول را هدایت کند، بسیار امیدوارکننده است.

استفاده از ژل های دانه ای برای چاپ سه بعدی سلول های بهینه شده

سلول های پرینت سه بعدی نیاز به توجه ویژه ای دارند تا اطمینان حاصل شود که می توانند زنده بمانند و رشد کنند. علاوه بر این، حیاتی است که سلول ها بتوانند رشد کنند، حرکت کنند و ارتباط برقرار کنند.

پرینت سه بعدی اکستروژن اجازه می دهد تا انواع مختلفی از سلول ها در مقادیر زیاد رسوب کنند. با این حال، این فرآیند زمان‌بر، وابسته به گرانش است و می‌تواند باعث ایجاد استرس مکانیکی به سلول‌ها شود.

در حالی که چاپ زیستی حجمی دارای اشکالاتی در سرعت یا وابستگی گرانشی نیست، سلول ها را به صورت تصادفی و در تعداد کم توزیع می کند. علاوه بر این، سلول ها نمی توانند به طور موثر عمل کنند و ارتباط برقرار کنند.

بنابراین، باید از موادی مانند هیدروژل های نرم استفاده شود، زیرا این مواد امکان خودسازماندهی و ارتباط سلول ها را فراهم می کنند. با این حال، هیدروژل‌های نرم سنتی مشکلاتی را در مورد وضوح چاپ سه بعدی و وفاداری شکل ایجاد می‌کنند.

دانشمندان از رزین های دانه بندی شده برای غلبه بر این چالش ها استفاده کردند.

Davide Ribezzi، نویسنده اول مطالعه ای که در این مقاله منتشر شد، توضیح داد: ژل های گرانول اساساً ریزذرات ژلی هستند که به طور محکم در کنار هم قرار گرفته اند. bioRxiv. ذرات میکروژل بسته بندی شده را می توان برای نمایش طیف وسیعی از خواص مفید افزوده طراحی و سفارشی کرد.

در طی پرینت سه بعدی اکستروژن، سلول ها و سایر مواد شیمیایی را می توان به سرعت و با دقت در رزین رسوب داد. سپس از پرینت سه بعدی حجمی برای تکمیل فرآیند با ایجاد اشکال در اطراف سلول های اکسترود شده استفاده می شود.

آزمایش با سلول‌ها نشان داد که رزین‌های دانه‌بندی شده پس از چاپ، فعالیت بیولوژیکی بیشتری را امکان‌پذیر می‌کنند. در عرض هشت روز پس از پرینت سه بعدی، سلول های بنیادی توانستند بیشتر پخش شوند، سلول های اپیتلیال اتصالات بیشتری ایجاد کردند و سلول های نورون مانند ارتباطات بیشتری ایجاد کردند.

ادغام تکنیک های چاپ زیستی برای رگ های خونی قوی تر و عملکردی

از آنجایی که پرینت زیستی حجمی از ژل‌های سازگار با سلول استفاده می‌کند، ساختارهای پرینت سه بعدی نهایی اغلب ضعیف هستند. این باعث ایجاد مشکلاتی در هنگام تولید رگ های خونی می شود که باید در برابر فشار بالا و خم شدن مقاومت کنند. بنابراین، محققان چاپ زیستی حجمی را با الکترونوشتن مذاب ترکیب کردند تا ساختارهای قوی‌تر و بادوام‌تری ایجاد کنند.

الکترونویس مذاب از یک رشته باریک پلاستیک مذاب برای چاپ سه بعدی داربست های پیچیده و قوی استفاده می کند. با این حال، به دلیل دماهای بالا، الکترونویسی نمی تواند به طور مستقیم سلول های چاپ سه بعدی را انجام دهد.

بنابراین، چاپ زیستی حجمی برای جامد کردن ژل‌های مملو از سلول بر روی داربست‌ها گنجانده شد. داربست لوله ای پرینت سه بعدی در یک ویال ژل فوتواکتیو غوطه ور می شود و سپس در چاپگر حجمی قرار می گیرد. سپس لیزر چاپگر سه بعدی می تواند به طور انتخابی ژل را روی داربست جامد کند.

در یک مطالعه منتشر شده در مواد پیشرفته ژورنال، محققان ضخامت های مختلف داربست و محل های مختلف ژل های چاپ زیستی را آزمایش کردند. تیم تحقیقاتی همچنین یک اثبات رگ خونی اصلی را با دو لایه سلول های بنیادی و یک لایه سلول های اپیتلیال در مرکز چاپ سه بعدی کردند.

این طراحی اجازه می دهد تا سوراخ هایی در کنار چاپ سه بعدی گنجانده شود و امکان نفوذپذیری کنترل شده ظرف را فراهم می کند. ساختارهای پیچیده تری نیز تولید شد، از جمله عروق دوشاخه، و عروق با دریچه های وریدی.

«این اثباتی بر مطالعه اصولی بود. چیزی که اکنون باید انجام دهیم این است که سلول‌های بنیادی را با سلول‌های کاربردی که بخشی از یک رگ خونی واقعی هستند جایگزین کنیم.»

پیشرفت در چاپ زیستی سه بعدی

در اوایل سال جاری، 3D Systems برنامه‌هایی برای یک برنامه بافت احیاکننده (RPT) برای توسعه و تجاری‌سازی بافت انسانی چاپ‌شده زیستی اعلام کرد. اولین RPT که تحت RPT ایجاد شد، بافت سینه احیاکننده خاص بیمار (RBT) است.

با استفاده از مدل‌سازی سه بعدی و چاپ زیستی سه بعدی در کنار سیستم برنامه‌ریزی جراحی مجازی (VSP)، سیستم‌های سه بعدی می‌توانند داربست‌های زیست یکپارچه را طراحی و چاپ سه بعدی کنند که با آناتومی و فیزیولوژی بیمار مطابقت داشته باشد.

در جاهای دیگر، محققان دانشگاه سوانسی در حال توسعه یک بینی گیاهی با چاپ سه بعدی هستند، برای کسانی که نیاز به پیوند بینی مصنوعی دارند. در این فرآیند، هیدروژل نانوسلولز و اسید هیالورونیک به عنوان بیوئینک برای چاپ سه بعدی داربست غضروف مصنوعی استفاده می شود. سپس توسط یک کاتالیزور بیولوژیکی پخت می شود تا قدرت آن افزایش یابد. سپس داربست چاپ شده سه بعدی در محلولی از سلول های غضروفی بیماران غوطه ور می شود، قبل از اینکه از طریق جراحی کاشته شود.

مشترک شدن در خبرنامه صنعت چاپ سه بعدی برای اطمینان از اینکه از آخرین اخبار چاپ سه بعدی مطلع هستید. شما همچنین می توانید ما را دنبال کنید توییتر، مانند ما فیس بوک صفحه و مشترک شوید صنعت چاپ سه بعدی یوتیوب کانال برای دسترسی به محتوای اختصاصی تر

آیا علاقه مند به کار در صنعت تولید مواد افزودنی هستید؟ بازدید کنید مشاغل پرینت سه بعدی برای مشاهده گزیده ای از نقش های موجود و شروع کار خود.

تصویر ویژه چاپ جاسازی شده سلول ها را در یک ژل دانه ای نشان می دهد. عکس از طریق LevatoLab، UMC Utrecht.