Kolmemõõtmeline bioprintimine

Bioprintimine on elundite (organite) loomine kolmemõõtmelise printimisega.

Elundite kolmemõõtmeline printimine on 3D-printimise tehnoloogiate kasutuselevõtmine, selleks et kombineerida rakkusid, kasvufaktoreid, ja biomaterjale, et toota biomeditsiinilisi detaile (elundeid), mis imiteerivad võimalikult täpselt looduses esineva koe omadusi. Bioprintimisel kasutatakse kihthaaval materjali liitmise meetodit. Materjaliks on orgaaniline aine, millega luuakse koelaadseid struktuure. Neid struktuure kasutatakse meditsiinis ja koetehnikas. 2020. aasta seisuga kasutatakse bioprintimist ravimitööstuses ravimite uurimistöös ja tootearenduses. Lisaks on kolmemõõtmeline bioprintimine kasutusele võetud liigeste ja sidemete regenereerumise tugistruktuuri loomiseks.

Protsess

Kolmemõõtmeline bioprintimine on jagatud kolmeks etapiks: printimiseelne, printimine ja printimisjärgne.

Printimiseelne etapp

Printimiseelne etapp sisaldab mudeli loomist ja materjalide valimist. Esmalt tuleb võtta koeproov ja selleks, et saada kolmemõõtmelist ülevaadet prinditavast elundist, kasutatakse kolmemõõtmelise kujutise loomiseks magnetresonantstomograafiat ja kompuutertomograafiat. Seejärel luuakse sellest kujutisest kahemõõtmelised kihid, mis saadetakse printerisse. Nii on loodud eeldused kihiliseks printimiseks. Järgmiseks isoleeritakse õiged rakud ja need paljundatakse, segatakse spetsiaalse vedela materjaliga, mis tagab hapnikku ja toitainete olemasolu.

Printimisetapp

Teises etapis luuakse eelkude. Selleks võetakse rakkudest ja toitainetest vedelsegu, mis imiteerib rakuvälist keskkonda. Siis paigaldatakse see printeri kassettidesse ja prinditakse vastavalt eelnevas etapis loodud kujutisele. Seejärel paigaldatakse prinditud eelkude inkubaatorisse, kus see areneb.

Printimisjärgne etapp

Selles etapis luuakse bioloogilisest materjalist stabiilne struktuur. Tagatakse loodud elundi stabiilsus ja funktsionaalsus edaspidiseks toimimiseks.

Õigete tingimuste loomiseks kasutatakse bioreaktoreid. Eri koetüüpide jaoks on omad bioreaktorid.

Bioprintimisvalikud

Teadlased on välja töötanud 3D-bioprintimisel mitmesuguseid lähenemisviise, millest igaühel on eelised sõltuvalt rakendusest. Peamised võimalused on biomiimika, iseseisev kokkupanek ja väike kude.

Biomiimika

Esimene võimalus bioprintimiseks on biomiimika. Antud lähenemisviisi peamine eesmärk on luua võimalikult sarnane struktuur naturaalse koe, raku või elundi struktuurile. Mistõttu on kuju, karkassi ja mikrokeskkonna identne imitatsioon väga oluline.

Iseseisev kokkupanek

Teine võimalus on autonoomne iseseisev kokkupanek. See lähenemisviis põhineb raku iseseisval arenemisel, luues ise oma rakuvälise maatriksi, korraliku signalisatsiooni ning iseseisva paigutuse ja mustri, et tagada nõutavad bioloogilised funktsioonid. Autonoomne iseseadmine nõuab spetsiifilist teavet embrüo kudede ja elundite arengutehnikate kohta.

Väike kude

Kolmas võimalus koosneb biomiimikast ja iseseisvast kokkupanekust. Elundid ja koed on ehitatud väga väikestest funktsionaalsetest komponentidest. Väikse koe meetod kasutab ära mikroskoopilisel tasandil loodud naturaalselt identsed koed ja juurde liidetakse autonoomne tootmine.