Bionyomtatás
A 3D bionyomtatás olyan additív gyártási technikák alkalmazása, amelyek sejteket, vegyületeket és bioanyagokat kombinálnak biológiailag módosított szövetek és struktúrák létrehozására. A hagyományos FDM 3D nyomtatástól eltérően a bionyomtatás biotintát , szerves és szervetlen anyagok keverékét használja a modellek készítéséhez.
Ahogy elképzelhető, ez a technológia nagyon fontos a orvosi ipar számára. Fő felhasználása az lenne, hogy megmentse a milliók életét, akik szervpótlásra vagy transzplantációra szorulnak. Jelenleg az Egyesült Államokban naponta körülbelül 20 ember hal meg szervpótlásra várva.
Tovább rontja a helyzetet, hogy a gazdaszervezet szerv kilökődése újabb cserét igényelhet. A mesterséges szervek 3D-nyomtatása a betegek saját sejtjeinek felhasználásával segíthet kiküszöbölni a transzplantációs kilökődési problémákat és a szervhiányt a transzplantációs szektorban.
A teljes 3D bionyomtatott szívet a mai napig még nem sikerült sikeresen elkészíteni vagy átültetni. Sok vállalat és kutatócsoport azonban már törekedett a teljesen működőképes 3D nyomtatott szív felé. Ugorjunk a legígéretesebb projektek közé.
WFIRM: Biomérnöki úton előállított szívszövetek
Dr. Anthony Atala, a WFIRM igazgatója hatalmas név a 3D bionyomtatás területén. Néhány évvel ezelőtt csapata megtervezte (nem 3D-s nyomtatással) és átültetett hólyagokat élő betegekbe . Jelenleg az intézet több mint 30 különböző szövetet és szervet fejleszt.
HOGYAN MŰKÖDIK AZ INNOVÁCIÓ
2018 áprilisában a WFIRM csapat közzétett egy tanulmányt, amelyben leírja, hogyan nyomtattak 3D-s bioprintet funkcionális és összehúzódó szívszövetből patkány szívsejtek segítségével. Ezeket a sejteket biotintában szuszpendálták, és az emberi szívszövethez hasonló szerkezetekbe nyomtatták.
Olyan hormonok hatását tudták tesztelni, mint az adrenalin és a karbakol, ami a szívfrekvencia várható változását eredményezte a nyomtatott szívszövetben, akárcsak a szerves struktúrákban.
LEGÚJABB FEJLEMÉNYEK
2020 elején a WFIRM bejelentette egy miniatürizált emberi test „modell” megalkotását , amely különböző biológiailag módosított emberi szöveteket tartalmaz, amelyeket kifejezetten gyógyszertesztekre használnak majd fel. Az apró organoid struktúrák körülbelül egymilliomod része egy felnőtté méretének, és mini szívszöveteket tartalmaznak.
Dr. Atala azt mondja, hogy a mini-humán laboratóriumi modell legfontosabb képessége, hogy „meghatározza, hogy egy gyógyszer mérgező-e az emberre a fejlesztés nagyon korai szakaszában”, ami óriási hatást gyakorol a kísérleti gyógyszertesztekre.
Ha be szeretne tekinteni a WFIRM laboratóriumába, és többet szeretne megtudni arról, amin dolgoznak, tekintse meg az alábbi videót.
Tell Aviv Egyetem: Miniatűr szív
2019 áprilisában a globális híreket elárasztották egy sikeres 3D nyomtatott szív bejelentése a Tel Aviv Egyetem Molekuláris Sejtbiológiai és Biotechnológiai Karán.
Ez volt az első alkalom, hogy egy teljesen vaszkularizált emberi szívet teljesen 3D-ben nyomtattak emberi sejtek felhasználásával. És bár ez egy miniatürizált modell volt, óriási teljesítmény és jelentős lépés a funkcionális emberi szervek bionyomtatása felé.
HOGYAN MŰKÖDIK AZ INNOVÁCIÓ
Az emberi sejteket a kísérleti alany zsírszövetéből vették, és őssejtekké alakították át, ami lehetővé tette számukra, hogy a sejteket a szívben jelen lévő különböző típusú szívsejtekké differenciálják. Ezeket az új „szív” sejteket szervetlen anyagokkal keverték össze, hogy biotintákat készítsenek, amelyeket végül 3D-ben nyomtattak.
A páciens saját sejtjeinek felhasználásával az ötlet az, hogy kiküszöböljük az újonnan megtervezett szerv kilökődésének lehetőségét. A kilökődés a szervátültetés egyik fő problémája, és sajnos sok szívrecipiensnél a műtétet követő első évben jelentkeznek tünetek .
A következő kihívás a TAU csapata számára az, hogy ezeket a differenciált sejteket kifejlessze és rendeltetésszerűen működjön. Tal Dvir professzor, aki a kutatócsoportot vezette, reméli, hogy 10 éven belül „a világ legjobb kórházaiban lesznek szervnyomtatók, és ezeket az eljárásokat rutinszerűen végzik majd”.
Tekintse meg ezt a videót a Washington Postból, amely beszámol a labor munkájáról. Közelről láthatja, hogyan alkották meg a mini szívet.
Harvard Lewis Lab: Új bionyomtatási technika
A bionyomtatás egy másik nagy szereplője, a Harvard Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering Lewis Laboratóriuma nemrégiben bejelentett egy új technikát, amely potenciálisan segítheti a 3D-s nyomtatott szívek valósággá válását. A laboratóriumot Jennifer A. Lewis professzor vezeti, akiről a laboratórium nevét viseli.
HOGYAN MŰKÖDIK AZ INNOVÁCIÓ
Ezt az új bionyomtatási technikát SWIFT-nek hívják, ami a funkcionális szövetekbe való feláldozási írás rövidítése . Ez a technika az élő sejteket mátrixként veszi, és 3D-ben ércsatornákat nyomtat beléjük. A 3D nyomtatott anyagot ezután hő alkalmazásával eltávolítják, és olyan csatornákat hagynak hátra, amelyeknek vaszkuláris struktúrákként kell működniük, amelyek lehetővé teszik a vér átáramlását.
A rendszeres 3D bionyomtatási technikák olyan sejtekkel dolgoznak, amelyeknek bioreaktorban kell érniük ahhoz, hogy „életre keljenek”, és megszerezzék a 3D nyomtatott szervben szükséges speciális funkciót. Az ezekben a technikákban használt biotintákból szintén hiányzik az emberi szövetek tényleges sűrűsége. A SWIFT technika mindkét problémát megkerüli, mivel olyan élő sejtekkel működik, amelyek már a kívánt sűrűségben vannak csomagolva.
A kutatócsoport sikeresen nyomtatott ércsatornákat 3D-ben élő szívből származó sejtekbe, így olyan szívszövetet hozott létre, amely ugyanúgy ver, mint egy élő szív. Ezt a szövetet hét napig életben tartották és szinkronban verték , bizonyítva, hogy a 3D nyomtatott ércsatornák rendeltetésszerűen működnek.
Íme egy videó, amely többet mutat meg a SWIFT-ről és a Lewis Labban folyó folyamatokról:
Biolife4D: Miniatűr szív
A chicagói székhelyű Biolife4D cég célja az emberi szívek sikeres biomérnöki tervezése és 3D nyomtatása transzplantációs célokra.
2018-ban sikeresen demonstrálták az emberi szívszövet foltjának bionyomtatását , ami azt jelenti, hogy a szövetnek véráram volt, és összehúzódhatott, mint egy valódi szív. Ezek a szívszövet tapaszok felhasználhatók a sérült szívrészek helyreállítására akut szívelégtelenségben szenvedő betegeknél.
HOGYAN MŰKÖDIK AZ INNOVÁCIÓ
E tapaszok elkészítéséhez a páciens szívének 3D-s digitális modelljét egy MRI készüléken keresztül készítik. Ezután biotintát készítenek a páciens saját szívsejtjeiből, tápanyagokkal és más bioanyagokkal kombinálva. Végül a szövetfoltokat 3D-ben nyomtatják és bioreaktorban érlelik, hogy átültetésre készek legyenek.
LEGÚJABB FEJLEMÉNYEK
2019 szeptemberében a vállalat újabb jelentős áttörést jelentett be: első sikeres 3D-s nyomtatott mini szívét . A cég szerint az emberi szív számos jellemzőjét megismétli, és saját, emberi szívtulajdonságokkal rendelkező biotintával hozták létre. A Biolife4D a bionyomtatási algoritmusát is finomította, kifejezetten szív 3D nyomtatásra optimalizálva.
A Biolife4D szerint ezzel az új mérföldkővel már csak „folyamataink optimalizálása és a technológia bővítése” a lényeg, hogy elérjék végső céljukat: egy teljes méretű és működőképes 3D nyomtatott szívet, amelyet sikeresen átültettek.
Tekintse meg alább a Biolife4D tájékoztató videóját a szívek nyomtatásáról.
ETH & SAT: mesterséges szívbillentyűk
Bár nem bionyomtatott, 2017-ben az ETH Zürich, egy svájci tudományos és technológiai egyetem kutatócsoportja publikált egy tanulmányt, amely egy funkcionális, dobogó szív 3D-s szilikonba nyomtatott kifejlesztését írja le .
Nagyjából akkora, mint egy emberi szív, és ugyanazt a funkciót utánozzák (lásd lentebb a videót), munkájuk bemutatja, hogyan közeledünk gyorsan a szívek transzplantáció nélküli cseréjéhez.
HOGYAN MŰKÖDIK AZ INNOVÁCIÓ
Csakúgy, mint egy igazi emberi szív, ez a szilikon változat bal és jobb kamrával, valamint egy kamrával rendelkezik, amely nyomás alatti levegőn keresztül hajtja a pumpálást. A projekt fő korlátja, hogy a 3D nyomtatott szív csak nagyjából 30 percig vagy 3000 ütésig bírja, mielőtt az anyag lebomlana és gyengülne.
LEGÚJABB FEJLEMÉNYEK
2019-ben ugyanez a kutatócsoport a dél-afrikai Strait Access Technologies céggel együttműködve mesterséges 3D nyomtatott szívbillentyűket fejlesztett ki , amelyek valódi betegeknél helyettesíthetik a szivárgó vagy sérült billentyűket. Ezeket az alkatrészeket 3D-ben nyomtatták a testtel kompatibilis anyagból, és ugyanazt a véráramlási funkciót biztosítják, mint a hagyományos csereszelepek.
Bár már léteznek transzplantációhoz szükséges mesterséges szívbillentyűk, a svájci kutatók által kifejlesztetteket minden betegre egyedileg készítik majd el. Az MRI és CT képalkotásnak köszönhetően minden szelep kifejezetten a tökéletes illeszkedésre tervezhető.
Ez a videó bemutatja a szilikon szív működését:
Eredeti forrás: All3dp.com
