Inligting

Wat is die verskil tussen weefselingenieurswese en 3D-biodrukwerk?

Wat is die verskil tussen weefselingenieurswese en 3D-biodrukwerk?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

3D-biodruk is die gewysigde weergawe van die weefselingenieurswese, maar wanneer ons die beide terme wil beskryf, wat is die basiese kriteria of punte om verskil tussen hierdie te maak?


Weefselingenieurswese is navorsing oor maniere om selle en selluppel/matriksstrukture in 'n bruikbare vorm te organiseer, gewoonlik vir mediese toepassings. In die nabye toekoms kan weefselingenieurswese verwys na die herskryf of geneties modifikasie van selle vir 'n nuwe doel of om hul bestaande funksie te verbeter. Selfs meer in die toekoms en weefselingenieurswese kan beteken dat meersellige strukture van nuuts af op 'n rekenaar op maat gebou word.

3D-biodrukwerk is die praktiese of laboratorium-ontplooiing van die eerste tegnologie hierbo genoem - 'n subset van weefselingenieurswese.

In 'n neutedop:

Weefselingenieurswese = "Kom vorendag met 'n kreatiewe manier om hierdie selle en selstrukture in iets nuttigs te rangskik".

3D bioprinting = "Gebruik die bogenoemde tegnologie om 'n deel van 'n sintetiese orgaan te bou".


Navorsers bevorder 3D-drukwerk om weefselvervanging te help

Professor Arda Gozen kyk eendag na 'n toekoms waarin dokters 'n knoppie kan druk om 'n stellasie op hul 3-D-drukkers uit te druk en pasgemaakte vervangingsvel, kraakbeen of ander weefsel vir hul pasiënte te skep.

Gozen, George en Joan Berry medeprofessor in die Washington State University Skool vir Meganiese en Materiaalingenieurswese, en 'n span navorsers het 'n unieke steiermateriaal vir gemanipuleerde weefsels ontwikkel wat verfyn kan word vir die moeilike besigheid om natuurlike weefsel te kweek. Hulle doen verslag oor hul navorsing in die joernaal, Biodrukwerk. Die span sluit ook navorsers van WSU se Gene and Linda Voiland Skool vir Chemiese Ingenieurswese en Bio-ingenieurswese sowel as van die Universiteit van Texas-San Antonio (UTSA), Morehouse College en Universiteit van Rochester in. Die hoofskrywer is Mahmoud Amr, wat sy PhD aan UTSA ontvang het.

In onlangse dekades het navorsers gewerk om biologiese materiaal in 3D-drukwerk te gebruik om weefsel of organe te skep vir pasiënte wat van besering of siekte herstel. Die gebruik van 3D-drukwerk, of bykomende vervaardiging, maak dit moontlik om komplekse, poreuse en persoonlike strukture te druk en kan dokters eendag toelaat om weefsel uit te druk vir 'n pasiënt se spesifieke liggaam en behoeftes. Om biologiese strukture te skep, word biologiese materiale bekend as "bioinks" uit 'n spuitstuk uitgegee en laag-vir-laag neergelê, wat komplekse "steiers" skep vir werklike biologiese materiaal en 'n lekker plek bied vir selle om te groei.

Die natuur was egter tot dusver meer ingewikkeld as wat navorsers kan byhou. Egte biologiese selle groei graag op 'n steier wat hul eie eienskappe nader. So, byvoorbeeld, 'n velsel wil groei op 'n steier wat soos vel voel, terwyl 'n spiersel net sal ontwikkel op 'n steier wat soos spier voel.

"Die sukses van hierdie metode in die vervaardiging van funksionele weefsels berus grootliks op hoe goed die vervaardigde strukture die inheemse weefsels naboots," het Gozen gesê. "As jy selle wil laat groei en dit in funksionele weefsel wil verander, moet jy ooreenstem met die meganiese omgewing van die inheemse weefsel."

Die manier waarop navorsers tradisioneel hul steiers verander het, was om net kappe te verwyder om dit sagter of stywer te maak - 'n metode wat te eenvoudig is om al die nodige kompleksiteit in weefselingenieurswese aan te spreek.

“Ons het nie baie knoppe om te draai nie,” het Gozen gesê. "Jy het meer grade van vryheid nodig - om iets sagter of harder te skep sonder om die struktuur te verander."

Die span navorsers het 'n nuwe bioink-materiaal ontwikkel wat dit moontlik maak om eienskappe aan te pas om nader te benader wat selle dalk benodig. Die bestanddele vir hul steierwerk sluit in gelatien, Arabiese gom en natriumalginaat, wat almal algemene verdikkingsmiddels is wat in baie verwerkte voedsel gebruik word.

Soortgelyk aan die manier waarop 'n dik tou van gevlegte stringe gemaak word, het die navorsers drie afsonderlike chemiese prosesse gebruik om hul drie bestanddele saam te bind in een steiermateriaal vir druk.

Om met die afsonderlike chemiese prosesse te speel bied dan 'n manier om die meganiese eienskappe van die materiaal fyn in te stel, wat hulle in staat stel om 'n sagter of stywer finale steier te maak.

"Dit gee jou die vermoë om die eiendomme in te stel sonder om die steierontwerp te verander en gee jou 'n bykomende mate van vryheid wat ons soek."

Deur die chemiese bindings tussen die toustringe aan te pas, het hulle nie die materiaal aansienlik verander nie, en dit was vatbaar vir die groei van kraakbeenselle.

Die werk is nog in sy vroeë stadiums, en die navorsers wil graag uitvind hoe om die proses en finale materiaal meer presies in te stel. Hulle kan byvoorbeeld kyk om die samestelling van hul drie materiale te verander of te druk by verskillende temperature.

Om die groot kompleksiteit van natuurlike weefsel te probeer naboots bly 'n uitdaging. Selfs 'n eenvoudige millimeter-grootte stuk kraakbeen op die knie het byvoorbeeld drie afsonderlike en duidelike lae, elk met verskillende meganiese eienskappe en funksies.

"Jy is nie besig om Legos hier bymekaar te maak nie. Dit gaan altyd oor die replisering van die natuur wat met die liggaam werk," het Gozen gesê. "Jy kan lewende strukture maak, maar hulle lyk niks soos die inheemse weefsel nie. Presisie is die sleutel, want daar is geen enkele meganiese eienskapteiken vir 'n enkele stuk weefsel nie."


Weefselingenieurswese en regeneratiewe medisyne

'n Mini bio-gemanipuleerde menslike lewer wat in muise ingeplant kan word. Bron: Sangeeta Bhatia, MIT

Weefsel ingenieurswese ontwikkel uit die veld van biomateriaal-ontwikkeling en verwys na die praktyk om steiers, selle en biologies aktiewe molekules in funksionele weefsels te kombineer. Die doel van weefselingenieurswese is om funksionele konstrukte saam te stel wat beskadigde weefsels of hele organe herstel, in stand hou of verbeter. Kunsmatige vel en kraakbeen is voorbeelde van gemanipuleerde weefsels wat deur die FDA goedgekeur is, maar tans het dit beperkte gebruik in menslike pasiënte.

Regeneratiewe medisyne is 'n breë veld wat weefselingenieurswese insluit, maar ook navorsing oor selfgenesing insluit – waar die liggaam sy eie stelsels gebruik, soms met hulp vreemde biologiese materiaal om selle te herskep en weefsels en organe te herbou. Die terme "weefselingenieurswese" en "regeneratiewe medisyne" het grootliks uitruilbaar geword, aangesien die veld hoop om op genesings te fokus in plaas van behandelings vir komplekse, dikwels chroniese, siektes.

Hierdie veld gaan voort om te ontwikkel. Benewens mediese toepassings, sluit nie-terapeutiese toepassings die gebruik van weefsels as biosensors in om biologiese of chemiese bedreigingsmiddels op te spoor, en weefselskyfies wat gebruik kan word om die toksisiteit van 'n eksperimentele medikasie te toets.

Wat is Weefselingenieurswese? Bron: Noordwes-Universiteit

Selle is die boustene van weefsel, en weefsels is die basiese eenheid van funksie in die liggaam. Oor die algemeen maak en skei groepe selle hul eie ondersteuningstrukture af, wat ekstrasellulêre matriks genoem word. Hierdie matriks, of steier, doen meer as om net die selle te ondersteun, dit dien ook as 'n herleistasie vir verskeie seinmolekules. Selle ontvang dus boodskappe van baie bronne wat vanaf die plaaslike omgewing beskikbaar word. Elke sein kan 'n ketting van reaksies begin wat bepaal wat met die sel gebeur. Deur te verstaan ​​hoe individuele selle reageer op seine, interaksie met hul omgewing en organiseer in weefsels en organismes, kon navorsers hierdie prosesse manipuleer om beskadigde weefsels te herstel of selfs nuwes te skep.

Die proses begin dikwels met die bou van 'n steier uit 'n wye stel moontlike bronne, van proteïene tot plastiek. Sodra steiers geskep is, kan selle met of sonder 'n "cocktail" van groeifaktore ingebring word. As die omgewing reg is, ontwikkel 'n weefsel. In sommige gevalle word die selle, steiers en groeifaktore almal gelyktydig gemeng, wat die weefsel toelaat om "self saam te stel."

Nog 'n metode om nuwe weefsel te skep, gebruik 'n bestaande steier. Die selle van 'n skenkerorgaan word gestroop en die oorblywende kollageensteier word gebruik om nuwe weefsel te laat groei. Hierdie proses is gebruik om hart-, lewer-, long- en nierweefsel te bio-ingenieur. Hierdie benadering hou groot belofte in vir die gebruik van steierwerk van menslike weefsel wat tydens chirurgie weggegooi is en dit te kombineer met 'n pasiënt se eie selle om pasgemaakte organe te maak wat nie deur die immuunstelsel verwerp sal word nie.

’n Biomateriaal gemaak van varke se ingewande wat gebruik kan word om wonde by mense te genees. Wanneer dit bevogtig is, is die materiaal, wat SIS genoem word, buigsaam en maklik om te hanteer.
Bron: Stephen Badylak, Universiteit van Pittsburgh.

Tans speel weefselingenieurswese 'n relatief klein rol in pasiëntbehandeling. Aanvullende blaas, klein are, veloorplantings, kraakbeen en selfs 'n volle tragea is by pasiënte ingeplant, maar die prosedures is steeds eksperimenteel en baie duur. Terwyl meer komplekse orgaanweefsels soos hart-, long- en lewerweefsel suksesvol in die laboratorium herskep is, is dit 'n lang pad daarvan om ten volle reproduseerbaar te wees en gereed om in 'n pasiënt in te plant. Hierdie weefsels kan egter baie nuttig wees in navorsing, veral in geneesmiddelontwikkeling. Die gebruik van funksionerende menslike weefsel om te help om medikasiekandidate te skerm, kan ontwikkeling bespoedig en sleutelinstrumente verskaf om persoonlike medisyne te fasiliteer, terwyl geld bespaar word en die aantal diere wat vir navorsing gebruik word, verminder.

Navorsing wat deur NIBIB ondersteun word, sluit die ontwikkeling van nuwe steiermateriaal en nuwe gereedskap in om gemanipuleerde weefsels te vervaardig, beeld, monitor en bewaar. Enkele voorbeelde van navorsing op hierdie gebied word hieronder beskryf.


Inleiding

Die koms van driedimensionele (3D) drukwerk het 'n wêreldwye industriële revolusie ontlok, wat die aandag van die publiek en media in die proses getrek het. Ten spyte van sy wortels in die motor-, verpakkings- en argitektoniese domeine (1), het groot ontwikkelings in 3D-druktegnologie getuig van 'n uitgebreide rol van druktegnologieë, wat strek tot gesondheidsorgnavorsing en die ontwikkeling van talle mediese toestelle, modelle en prostetika aanleiding gee.

Chirurgie het ook die afgelope eeu inkrementele transformasies beleef, met die bekendstelling van mikrochirurgie, oorplanting en robotika wat die verskeidenheid behandelings wat vir pasiënte beskikbaar is, aangevul het. Namate die omvang en kompleksiteit van chirurgiese intervensies verbreed, word ook die behoefte om voldoende te beplan en voor te berei vir chirurgie. Verder, baie prosedures, veral in rekonstruktiewe en oorplanting chirurgie bly belemmer deur die beskikbaarheid van skenker weefsels en organe, die morbiditeit wat verband hou met weefsel oes en die potensiële komplikasies wat verband hou met immuunonderdrukking (2, 3). 3D-drukprogrammatuur kan gebruik word om digitale data uit pasiëntbeelde soos rekenaartomografie, magnetiese resonansbeelding of laserskandering te onttrek om pasgemaakte en persoonlike konstrukte vir chirurgiese beplanning en inplanting te lewer (1). In die besonder, die inkorporering van 'n biologiese komponent sal hierdie gevestigde tegnologie transformeer, met die potensiaal om gepersonaliseerde gesondheidsorg te revolusioneer deur die koms van outoloë lewende inplantings soortgelyk aan die pasiënt se eie weefsel.

3D-drukwerk hou ongelooflike potensiaal vir die toekoms van chirurgie in, soos erken deur die Royal College of Surgeons in die Commission on the Future of Surgery (4). Die biologiese toepassings van 3D-druktegnologie, of 𠇋ioprinting,” deurkruis die dissiplines van menslike biologie, materiaalwetenskap en meganiese ingenieurswese, en inkorporeer dit in kliniese praktyk om nuwe en persoonlike chirurgiese opsies vir pasiënte te lewer (5, 6). Suksesvolle implementering kan lei tot 'n paradigmaskuif in chirurgiese uitkomste, met die potensiaal om die behoefte aan skenkerorgane vir oorplantingschirurgie te vermy en die herstel van vorm en funksie te bied sonder pynlike en vernietigende skenkerplekke (7). Deur die loop van hierdie oorsigartikel poog ons om die sleutelrolle wat hierdie tegnologie in die toekoms van chirurgie kan speel te identifiseer en die deurslaggewende oorwegings en uitdagings te ondersoek wat nog aangespreek moet word voor die integrasie van driedimensionele drukwerk en biodrukwerk in die hoofstroom chirurgiese praktyk .


Natuurlike en sintetiese bioinks vir 3D-biodruk

Biodrukwerk bied geweldige potensiaal in die vervaardiging van funksionele weefselkonstrukte vir die vervanging van beskadigde of siek weefsels. Onder ander vervaardigingsmetodes wat in weefselingenieurswese gebruik word, bied biodruk akkurate beheer oor die konstruk se geometriese en komposisie-eienskappe met behulp van 'n outomatiese benadering. Bioinks bestaan ​​uit die hidrogelmateriaal en lewende selle wat kritieke prosesveranderlikes is in die vervaardiging van funksionele, meganies robuuste konstrukte. Gepaste selle kan in bioinks ingekapsuleer word om funksionele weefselstrukture te skep. Ideale bioinks word benodig om 'n sol-gel-oorgang te ondergaan wat minimale verwerkingstyd in beslag neem, en 'n oorvloed van chemiese en fisiese kruisbindingsmeganismes word oor die algemeen uitgebuit om hoë vormgetrouheid en konstruksiestabiliteit te bereik. Aan die ander kant kan kruisbinding van hidrogelmateriaal teen vinnige tempo's spuitpuntverstopping veroorsaak, en daarom is optimalisering van die bioink dikwels nodig. Bioinks kan geformuleer word met natuurlike of sintetiese biomateriale, alleen of in kombinasie van hierdie biomateriale. In hierdie oorsig bespreek ons ​​die verskillende biodrukmetodes en analiseer die natuurlike, sintetiese of hibriede materiale wat as bioinks gebruik word en beoordeel die uitdagings, beperkings en toekomstige rigtings rakende die biodruktegniek.

Hierdie artikel word deur kopiereg beskerm. Alle regte voorbehou.

Aanvaarde, ongeredigeerde artikels aanlyn gepubliseer en aanhaalbaar. Die finale geredigeerde en getipeer weergawe van rekord sal in die toekoms verskyn.


Hoekom vat dit so lank?

Die menslike liggaam en sy verskillende komponente is baie meer ingewikkeld as 'n plastiek speelding of 'n keramiek juweliersware. 'n Menslike orgaan het 'n komplekse web van selle, weefsels, senuwees en strukture wat korrek geposisioneer moet word vir die orgaan om behoorlik te funksioneer. Van die rangskikking van die duisende piepklein haarvate in 'n lewer, om 'n gedrukte hart te kry om te 'klop' en saam te trek—dit is 'n lang, moeilike proses. Terwyl sommige dele van die menslike liggaam meer kompleks is as ander - 'n oor of neus is makliker om te maak as 'n blaas of 'n uretra, terwyl die groter organe soos niere, hart en lewer boaan die moeilikheidsgraad is - het elke stuk sy eie gespesialiseerde vereistes en kwessies wat aangespreek moet word. Daarby is die keuse en beskikbaarheid van die regte materiale, seltipes en die skep van bio-inkte wat aan die dubbele vereistes van beide drukbaarheid en selfunksionaliteit voldoen. Daar is ook die behoefte om verskillende groeikoerse en differensiasiefaktore in ag te neem, sowel as die ontwikkeling van die regte sagteware en hardeware om dit alles bymekaar te maak.

Selfs nadat navorsers glo dat hulle alles 'reg' het, word biogedrukte tegnologieë - soos alle nuwe mediese behandelings - steeds vereis om veiligheidstoetse en behoorlike regulatoriese prosesse te slaag voordat dit aan die publiek beskikbaar gestel kan word.

Om deur al hierdie kompleksiteite te werk, vereis die integrasie en insette van tegnologieë uit velde, insluitend ingenieurswese, biomateriaalwetenskap, selbiologie, fisika en medisyne. So, jy sal net 'n bietjie meer geduldig moet wees!


Biodruk: Etiese en samelewingsimplikasies

In 'n onlangse ASCB Post-artikel in die "Waaroor gaan dit?" reeks, verduidelik Amanda Haage ontwikkelings in die onlangse veld van 3D-drukwerk met biologiese materiale (d.w.s. biodrukwerk). Alhoewel hierdie metodes steeds verfyn word, hou die veld geweldige belofte in op gebiede soos biologie, farmakologie en medisyne. Byvoorbeeld, eendag kan wetenskaplikes biodrukwerk gebruik om kunsmatige organe te vervaardig vir pasiënte wat lewensreddende orgaanoorplantings benodig, en biodrukwerk kan die proses bespoedig om die veiligheid van nuwe middels te toets met min behoefte aan dieretoetsing. Aangesien hierdie veld egter steeds nuut is en vinnig groei, is dit vir ons as 'n samelewing belangrik om nou gesprekke te voer oor hoe hierdie tegnologie ons etiese en kulturele ideale sal uitdaag. Soos hierbo deur Haage opgemerk en breedvoerig bespreek is in 'n onlangse oorsig oor sosiale en etiese implikasie van biodrukwerk, moet die breër samelewingsimpakte van hierdie veld nou beter aangespreek word voordat die tegnologie meer wydverspreid word. Alhoewel die idees wat hieronder bespreek word ver van omvattend is, is hier drie gebiede in die veld van biodrukwerk waar ons die gaping tussen wetenskap en mensdom sal moet oorbrug.

Verminder die vraag na dieretoetsing met "organe-op-'n-skyfie"

Hierdie long-op-'n-skyfie dien as 'n akkurate model van menslike longe om te toets vir dwelmveiligheid en doeltreffendheid. Krediet: Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, Harvard Universiteit

Alhoewel die vermoë om 'n hele orgaan deur biodruk te produseer ver in die toekoms is, produseer wetenskaplikes reeds kleiner organoïede en weefsels in die laboratorium, wat soms "organe-op-'n-skyfie" genoem word. Hierdie laboratorium-vervaardigde organe-op-'n-skyfie word reeds deur verskeie farmaseutiese en kosmetiese maatskappye (insluitend L'Oréal, AstraZeneca, Sanofi en Roche) gebruik om die veiligheid van nuwe middels en produkte op sekere soorte weefsels te toets (soos bv. soos vel, senuwees en lewer). Hierdie organe-op-'n-skyfie stel navorsers in staat om baie middels of produkte op een slag vinnig en reproduseerbaar te toets, asook om die behoefte aan diere te verminder om die veiligheid en toksisiteit van produkte te toets. Alhoewel dieremodelle steeds nodig en van onskatbare waarde is vir sekere soorte biomediese navorsing, soos om te toets hoe siektes soos kanker of demensie deur die hele liggaam vorder, sal die vermindering van die aantal diere wat nodig is vir vroeëre stappe in die navorsingsproses 'n oorwinning wees vir die etiese gebruik van diere in navorsing. Terselfdertyd sal wetenskaplikes noukeurig moet evalueer of "organe-op-'n-skyfie" so effektief is as diermodelle om dwelmtoksisiteite te voorspel, aangesien die versekering van pasiëntveiligheid tydens nuwe kliniese proewe altyd 'n topprioriteit moet wees.

In Desember by die ASCB/EMBO Vergadering, sal ASCB 'n witskrif oor organoïede vrystel wat die uitdagings en geleenthede op hierdie gebied van navorsing sal bespreek.

Biodruk orgaanoorplantings: demokratisering van lewensreddende behandeling of vergroot die gaping van inkomste-ongelykheid in medisyne?

Alhoewel dit tans slegs 'n hipotetiese scenario is, kan biodrukorgane die veld van orgaanoorplantings 'n rewolusie verander deur groot koste en wagtye aansienlik te verminder. Volgens die Nasionale Stigting vir Oorplantings kan die huidige koste van die oorplanting van 'n orgaan in die Verenigde State maklik $500 000-$1 000 000 oorskry, en sekere versekeringsmaatskappye laat pasiënte bewys dat hulle 20% van die voorafkoste kan betaal voordat die oorplanting kan plaasvind. Hierdie totaal sluit nie medikasie na-oorplanting en mediese sorg in om orgaanverwerping te voorkom nie, wat tienduisende bykomende dollars per jaar kos. Daarbenewens wissel die gemiddelde wagtyd vir 'n geskikte orgaanskenker vir die meeste orgaanoorplantings van ses maande tot twee jaar. Van nou af is die vermoë om 'n hele funksionele orgaan te druk nog baie jare of selfs dekades weg. Soos met alle sektore van tegnologie gebeur, word daar egter voorspel dat biodrukwerk goedkoper, vinniger en meer wydverspreid sal word soos die tyd aanstap. 'n Gedrukte orgaan wat tienduisende dollars kos en binne 'n paar weke vervaardig kan word, sal steeds 'n groot sprong vir die veld wees in vergelyking met die huidige koste van orgaanskenking en sal 'n seën wees vir die honderde duisende pasiënte wat dringend in nood is. van 'n oorplanting.

Veral pediatriese pasiënte het die potensiaal om groot voordeel te trek uit biodruktegnologie. Kinders bied 'n unieke uitdaging vir oorplantings- en biomediese toesteltegnologieë omdat kinders se liggame steeds groei en verander. Byvoorbeeld, as 'n kind 'n kunsmatige hartklep ontvang, kan hulle in die toekoms verskeie operasies benodig om op te gradeer na 'n groter klep soos hulle aanhou groei. Biodruk van nuwe weefsels of organe vir pediatriese pasiënte kan moontlik maak dat die nuwe toestelle saam met die kind groei, wat die behoefte aan veelvuldige operasies verminder.

Dit gesê, duur persoonlike terapieë soos biodrukwerk hou ook die risiko in om die steeds groeiende sosio-ekonomiese gaping in mediese behandeling te vergroot. Wydverspreide bekostigbare toeganklikheid was 'n uitdaging met ander voorpunt en duur terapieë, soos geenterapie, kankerimmunoterapie en genomika-gedrewe persoonlike medisyne. 3D-biodrukwerk loop dieselfde risiko om slegs toeganklik te word vir die baie rykes (of baie goed versekerdes) as ons as 'n samelewing nie 'n manier maak dat dit wyd beskikbaar word vir almal wat dit nodig het nie, nie net vir enigiemand wat kan nie. dit bekostig.

Intellektuele eiendom: Wie besit en maak voordeel uit 'n biogedrukte produk?

http://www.yole.fr/iso_album/organs-on-chips_investments_yole_april2017_433x280.jpg

Die proses om 'n 3D-biogedrukte orgaan of weefsel te vervaardig is ongelooflik kompleks en gebruik metodes wat deur baie verskillende mense ontwikkel is om 'n idee in 'n lewende, funksionele produk te omskep. Alhoewel die veld van 3D-drukwerk as 'n geheel sterk staatmaak op ooptoegangdata en -ontwerpe, het die vraag wie die resultate besit wetlike en geldelike implikasies met betrekking tot regulering en patente selfs voordat biogedrukte produkte aan pasiënte verkoop word. Om 'n balans te vind tussen volle oop-toegang vir pasiënte om toeganklikheid te bevorder en beperkte gebruik met sterk wetlike beskerming vir maatskappye om innovasie te bevorder, het 'n onlangse wetsoorsig voorgestel dat ons patente op die biodrukproses toelaat, maar nie op die werklike finale produkte nie. "Orgaan-op-'n-skyfie"-tegnologieë alleen sal na verwagting teen 2022 sowat $60 miljoen werd wees, en die veld het die potensiaal om 'n multi-miljard dollar-industrie te word, so die besluit oor hoe om hierdie tegnologie behoorlik te patenteer kan 'n groot invloed hê op hoe die veld ontwikkel en hoeveel toegang pasiënte en verbruikers sal hê.

Daarbenewens pas mediese toestelle soos gedrukte organe nie maklik in ons bestaande stelsel van kliniese proewe nie, so wetenskaplikes sal dalk 'n nuwe stelsel van prekliniese en kliniese proewe moet ontwikkel om die veiligheid in mense van biodrukwerk en ander "ooptoegang" te toets. ” toestelle. Soos tegnologie verbeter, is dit waarskynlik dat wetenskaplikes ook meer maniere sal ontwikkel om biogedrukte organe aan te pas (soos die gebruik van 'n pasiënt se eie geïnduseerde pluripotente stamselle om nuwe weefseltipes te kweek), wat lei tot selfs meer uitdagings vir die idee van wie wettiglik "besit" en wins uit iets wat met lewende materiaal gedruk is. Verder, as selle van 'n skenker geneem word in plaas van direk van die pasiënt, sal beskerming nodig wees om die identifisering van genetiese inligting privaat te hou en om behoorlike ingeligte toestemming van skenkers te verseker (dws dat skenkers presies weet waarvoor hul geskenkte selle gebruik sal word). . Regs- en ekonomiese vrae soos hierdie sal nie alleen deur wetenskaplikes beantwoord word nie, so samewerking tussen wetenskaplikes, beleidmakers, prokureurs en meer sal nodig wees om hierdie kwessies volledig aan te spreek.

Wetenskap is morsig en ingewikkeld, nie net omdat die lewe self so ongelooflik kompleks is nie, maar ook omdat wetenskap onafskeidbaar is van hoe ons as 'n samelewing daarmee omgaan. Biodrukwerk is 'n uitstekende voorbeeld van tegnologie wat die mensdom raak en omgekeerd. Om die voordele van biodrukwerk ten volle te benut, moet ons nou gesprekke voer oor wanneer dit eties en voordelig is om die tegnologie te gebruik en wie werklik daaruit baat, beide medies en ekonomies.

Die sienings en menings wat in hierdie blog uitgespreek word, is die menings van die skrywer(s) en verteenwoordig nie die amptelike beleid of standpunt van ASCB nie.


Bioink steiers

In vergelyking met die ander hoofbioinkkomponente, sellulêre materiale en byvoegingsfaktore, is steierkeuse geneig om meer af te wyk van die materiale wat in tradisionele weefselingenieurstrategieë gebruik word. Dit is grootliks omdat steiereienskappe die belangrikste is om die fisiese eise van die drukproses te ondersteun. Bioink-steiers moet selle van veilige aanhegting en beskerming teen die meganiese en termiese spanning van druk voorsien. Hulle moet ook sellulêre groei en proliferasie ondersteun sonder om die selfenotipe te beïnvloed.41, 44 Voldoende bioversoenbaarheid is die grootste beperkende faktor vir potensiële steierwerk aangesien dit sitoversoenbaar moet wees sonder om immuunrespons, inflammasiereaksie of voortydige stamseldifferensiasie te veroorsaak.39 Die diversiteit van spesifieke bioink-steierwerk wat deur ondersoekers gebruik word, is omvangryk. Hieronder bespreek ons ​​eienskappe van die mees algemene kategorieë van bioink-steiers (sien Tabel 3).

Tabel 3

Bioink tipeHidrogelsSintetiesNatuurlik
BeskrywingBestaan ​​uit hidrofiele polimere wat óf deur kovalente bindings gekruis is óf deur fisiese intramolekulêre en intermolekulêre aantrekkings bymekaar gehou word1Afgelei van sintetiese en natuurlike bronne bv. poliëtileenglikol (PEG)-gebaseerde materiale soos PEG-diakrilaat (PEGDA) en poliakrielamied (PAAm)-gebaseerde gelsGemaak met biologiese materiaal bv. kollageen, fibrien, hyaluronzuur
VoordeleHidrofilisiteit maak voorsiening vir maklike uitruiling van gasse en voedingstowwe, hoogs bioversoenbaar, maklik veranderbaarMaklik gewysig bv. Maklik aangepasde funksionele groepe, nie-immunogenisiteitHoogs bioversoenbaar
NadeleSwak sel saai, swak meganiese eienskappe1Geen sellulêre aanhegtingswerwe2Beperkte wysiging, skuifuitdunning2
ViskositeitVerstelbaar 3PEG: laag
Pluroniese suur: hoog2
Gelatien en fibrinogeen: laag
Hialuronzuur: hoog (tot 1000 Pa s)
Sy: hoog2

Hidrogel steiers

Hidrogels is waarskynlik die belangrikste bioink. Hidrogels is vormbare polimere wat ontwerp is om die ekstrasellulêre omgewing van die liggaam se weefsels na te boots en kan duisende maal hul droë gewig in water absorbeer.45, 46 Hidrogels is vervaardig uit 'n wye reeks komponente insluitend kollageen,47, 48 fibrien,49, 50 alginaat,28, 51, 52 en verskeie ander materiale.45 Voorbeelde van huidige hidrogeltoepassings sluit in sagte kontaklense53 en biologiese kleefmiddels soos poliëtileenglikol (PEG) polimere wat dikwels gebruik word om postoperatiewe luglekkasies na longreseksie te voorkom.54, 55 A weefselingenieurswese voorbeeld is die gebruik van hidrogels om aorta klep buise te vorm.51 Hidrogel kan alleen gedruk word vir daaropvolgende sel saai of kan biogedruk word met selle wat reeds in die hidrogel matriks gesuspendeer is. In een studie is 'n anatomies akkurate bioniese oorkonstruksie biogedruk deur vooraf 'n alginaat hidrogelmatriks met lewensvatbare chondrosiete rondom 'n induktiewe spoelantenna te saai, wat elektromagnetiese seine suksesvol oor 'n uitgebreide frekwensiereeks kon ontvang.56

Sintetiese steiers

Bioinks kan saamgestel word uit sintetiese materiale of natuurlik afgeleide bronne. Algemene voorbeelde van sintetiese hidrogels sluit in poliëtileenglikol (PEG)-gebaseerde materiale soos PEG-diakrilaat (PEGDA) en poliakrielamied (PAAm)-gebaseerde gels. Die primêre voordeel van sintetiese bioinks bo natuurlik afgeleide bronne is die vermoë om hul chemiese en fisiese eienskappe te manipuleer soos nodig. Die molekulêre gewig, funksionele groepe, kruisbindingtempo's en ander meganiese eienskappe van sintetiese bioinks kan geoptimaliseer word vir 'n spesifieke biodrukmetode of teikenweefsel.33 Die grootste nadeel in die gebruik van sintetiese bioinks is 'n meer beperkte geleentheid vir sellulêre interaksies. Sintetiese bioinks bevat nie tipies natuurlike sellulêre aanhegtingsplekke nie en boots nie effektief die omgewing van 'n biologiese ECM na nie.33

Natuurlike steiers

Natuurlike polimere sluit materiale soos gelatien, kollageen, fibrien, alginaat en veelvuldige ander polimere in wat natuurlik in die natuur bestaan.57 Hierdie materiale is voordelig vanweë hul hoër bioversoenbaarheid en verhoogde potensiaal vir die ondersteuning van sellewensvatbaarheid en groei in vergelyking met sintetiese bioinks.27 A beperking is egter dat die meganiese eienskappe van natuurlike bioinks nie hermodellering en veerkragtigheid tot die mate van sintetiese bioinks ondersteun nie. Gelatien- en alginaat-afgeleide bioinks ly byvoorbeeld aan swak vormgetrouheid, swak drukresolusie en vorm baie sagte gels by fisiologiese temperature.27 Pogings om hierdie beperkings te verbeter was matig doeltreffend. Strategieë soos die bekendstelling van nuwe funksionele groepe deur middel van kruisbinding en die vorming van samestellings van natuurlike en sintetiese bioinks kon drukgetrouheid, resolusie en meganiese integriteit verbeter terwyl die voordelige bioversoenbare eienskappe van natuurlike bioinks behou word.27, 58, 59


4D biodruk

Benewens 3D-biodrukwerk, het sommige groepe ook 4D-biodrukwerk ondersoek, wat die vierde dimensie van tyd in ag neem. 4D-biodrukwerk is gebaseer op die idee dat die gedrukte 3D-strukture oor tyd kan voortgaan om te ontwikkel, selfs nadat dit gedruk is. Die strukture kan dus hul vorm en/of funksie verander wanneer dit aan die regte stimulus, soos hitte, blootgestel word. 4D-biodrukwerk kan in biomediese gebiede gebruik word, soos die maak van bloedvate deur voordeel te trek uit hoe sommige biologiese konstrukte vou en rol.


3D-biodruk: Omvattende gids en produkkeuse

3D-biodruk is 'n proses waarin 'n masjien genoem a 3D biodrukker word gebruik om weefselstrukture te vervaardig wat selle en 'n ekstrasellulêre matriks bevat. Hierdie strukture kan gebruike hê in regeneratiewe medisyne, farmaseutiese toetsing, voedselproduksie en ander gebiede.

Soos gewone 3D-drukwerk, skep 3D-biodrukwerk 3D-vorms laag vir laag deur 'n digitale CAD-lêer as 'n bloudruk te gebruik. Deur 3D-druk met selle in plaas van plastiek en metale, kan biodruk egter presies gemanipuleerde weefselstrukture skep soos 3D-gedrukte organe. Tans kan hierdie organe net in die toekoms vir navorsing gebruik word, maar hulle kan in menslike pasiënte oorgeplant word.

Alhoewel daar baie verskillende 3D-biodruktegnologieë en -tegnieke is, druk die meeste 3D-biodrukkers stowwe wat bekend staan ​​as bioinks. Hierdie bioinks bevat lewende selle, bykomend tot viskose materiale soos alginaat of gelatien wat die 3D-biodrukker toelaat om soliede steiers te skep waarop die selle kan oorleef en interaksie kan hê. Bioinks kan gedifferensieerde selle (gespesialiseerd, funksie-spesifiek) of stamselle (nie-spesifiek, later geïnduseer om gedifferensieerd te word) bevat.

Hierdie gids bevat 'n inleiding tot 3D biodruk tegnologie en hul toepassings, sowel as 'n oorsig van die beste 3D-biodrukkers op die mark.


15. n3Dbio & # 8217s Bioassembler


In magnetiese levitasie word selle gemagnetiseer met NanoShuttle-PL (wat bestaan ​​uit goud, ysteroksied en poli-L-lisien en selle magnetiseer deur elektrostaties aan selmembrane vas te heg) deur oornag inkubasie en versprei in 'n selafstotende, multiwell plaat, waar hulle van die bodem van die skottel af gesweef word deur 'n magneet bo die bord. In levitating cells off the bottom of a multiwell plate, the magnetic forces work as an invisible scaffold that rapidly aggregates cells, and induces cell-cell interactions and ECM synthesis. The 3D culture is formed without any artificial substrate or specialized media or equipment and can be cultured long-term. Additionally, adding and removing solutions is made easy by the use of magnets to hold down 3D cultures when removing solutions, limiting culture loss. 3D cultures can also be picked up and transferred between vessels using magnetic tools such as the MagPen.

If you are in the market for a serious 3D bioprinter now, though, this might help you focus in on what you are looking for. If you are working on developing your own system, these are some of the top competitors you will be facing. And, who knows, maybe in twenty years, you’ll have something like you see in the animated .gif from The Fifth Element posted above.

*This article was modified on August 26th to include the BioBot 1 Bioprinter and on August 27th to include new details about the BioBots Beta program and official launch date.

Davide Sher

Davide was born in Milan, Italy and moved to New York at age 14, which is where he received his education, all the way to a BA. He moved back to Italy at 26 and began working as an editor for a trade magazine in the videogame industry. As the market shifted toward new business models Davide started working for YouTech, the first iPad native technology magazine in Italy, where he discovered the world of additive manufacturing and became extremely fascinated by its incredible potential. Davide has since started to work as a freelance journalist and collaborate with many of Italy’s main generalist publications such as Corriere della Sera, Panorama, Focus Italy and Wired Italy: many of his articles have revolved around the different applications of 3D printing.


Kyk die video: Ingénieur Systèmes Réseaux u0026 Télécommunications, par la voie de lapprentissage (September 2022).


Kommentaar:

  1. Ek dink dit is die wonderlike gedagte

  2. Alixandre

    Ek adviseer u.

  3. Lear

    Sorry, I pushed this question away



Skryf 'n boodskap