Katika maendeleo makubwa ya mbinu ya uchapishaji wa kibayolojia ya in3D, seli na tishu zimeundwa ili kuishi katika mazingira yao ya asili ili kujenga miundo 'halisi' ya kibayolojia.
Uchapishaji wa 3D ni utaratibu ambao nyenzo huongezwa pamoja na hivyo kuunganishwa au kuunganishwa chini ya udhibiti wa dijiti wa kompyuta ili kuunda kitu au huluki yenye sura tatu. Uundaji wa Haraka na Utengenezaji Nyongeza ni istilahi zingine zinazotumiwa kuelezea mbinu hii ya uundaji wa vitu changamano au huluki kwa kuweka nyenzo na kujengwa taratibu - au kwa urahisi mbinu ya 'ziada'. Teknolojia hii ya ajabu imekuwepo kwa miongo mitatu baada ya kugunduliwa rasmi mwaka wa 1987, hivi majuzi tu imesisitizwa katika kujulikana na umaarufu kama sio tu njia ya kutoa prototypes lakini badala ya kutoa vipengee kamili vya utendaji. Vile ni uwezo wa uwezekano wa 3D uchapishaji kwamba sasa inaendesha ubunifu mkubwa katika maeneo mengi ikiwa ni pamoja na uhandisi, utengenezaji na dawa.
Aina tofauti za mbinu za utengenezaji wa nyongeza zinapatikana ambazo hufuata hatua sawa ili kufikia matokeo ya mwisho. Katika hatua ya kwanza muhimu, muundo huundwa kwa kutumia programu ya CAD (Computer-Aided-Design) kwenye kompyuta-inayoitwa ramani ya kidijitali. Programu hii inaweza kutabiri jinsi muundo wa mwisho utatokea na pia tabia, kwa hivyo hatua hii ya kwanza ni muhimu kwa matokeo mazuri. Muundo huu wa CAD kisha hubadilishwa kuwa umbizo la kiufundi (linaloitwa faili ya .stl au lugha ya kawaida ya tessellation) ambayo inahitajika kwa kichapishi cha 3D kuweza kutafsiri maagizo ya muundo. Ifuatayo, kichapishi cha 3D kinahitaji kusanidiwa (sawa na kichapishi cha 2D cha kawaida, cha nyumbani au ofisini) kwa uchapishaji halisi - hii ni pamoja na kusanidi saizi na mwelekeo, kuchagua picha za mlalo au picha, kujaza katriji za kichapishi kwa unga sahihi. . The Printa ya 3D kisha huanza mchakato wa uchapishaji, hatua kwa hatua kuunda muundo wa safu moja ndogo ya nyenzo kwa wakati mmoja. Safu hii kwa kawaida huwa na unene wa 0.1mm ingawa inaweza kubinafsishwa ili kuendana na kitu fulani kinachochapishwa. Utaratibu wote huwa wa kiotomatiki na hakuna uingiliaji kati wa kimwili unaohitajika, ukaguzi wa mara kwa mara tu ili kuhakikisha utendakazi sahihi. Kitu fulani huchukua saa kadhaa hadi siku kukamilika, kulingana na ukubwa na utata wa muundo. Zaidi ya hayo, kwa kuwa ni mbinu ya 'ziada', ni ya kiuchumi, rafiki wa mazingira (bila upotevu) na pia hutoa wigo mkubwa zaidi wa miundo.
Kiwango kinachofuata: 3D Bioprinting
Uchapishaji wa kibayolojia ni kiendelezi cha uchapishaji wa kitamaduni wa 3D na maendeleo ya hivi majuzi yanayowezesha uchapishaji wa 3D kutumika kwa nyenzo hai za kibaolojia. Ingawa uchapishaji wa inkjet wa 3D tayari unatumiwa kutengeneza na kutengeneza vifaa na zana za matibabu za hali ya juu, hatua zaidi inahitaji kuendelezwa ili kuchapisha, kutazama na kuelewa molekuli za kibayolojia. Tofauti kuu ni kwamba tofauti na uchapishaji wa inkjet, uchapishaji wa kibayolojia unategemea wino wa kibayolojia, ambao unajumuisha miundo ya seli hai. Kwa hiyo, katika bioprinting, wakati mtindo fulani wa digital unapoingizwa, tishu maalum hai huchapishwa na kujengwa safu kwa safu ya seli. Kwa sababu ya viambajengo changamano vya seli za mwili hai, uchapishaji wa 3D unaendelea polepole na changamano kama vile uchaguzi wa nyenzo, seli, vipengele, tishu husababisha changamoto za ziada za kiutaratibu. Matatizo haya yanaweza kushughulikiwa kwa kupanua uelewa kwa kuunganisha teknolojia kutoka nyanja mbalimbali za taaluma kama vile biolojia, fizikia na dawa.
Maendeleo makubwa katika uchapishaji wa kibayolojia
Katika utafiti uliochapishwa katika Vifaa vya kazi vya hali ya juu, watafiti wameunda mbinu ya uchapaji wa kibayolojia ya 3D ambayo hutumia seli na molekuli ambazo kwa kawaida hupatikana katika tishu asilia (mazingira yao asilia) ili kuunda miundo au miundo inayofanana na miundo 'halisi' ya kibiolojia. Mbinu hii mahususi ya uchapishaji wa kibayolojia inachanganya 'kujikusanya kwa molekuli' na 'uchapishaji wa 3D' ili kuunda miundo changamano ya kibiomolekuli. Kujikusanya kwa molekuli ni mchakato ambao molekuli hupitisha mpangilio uliobainishwa wao wenyewe kufanya kazi maalum. Mbinu hii inaunganisha 'udhibiti mdogo na mkubwa wa vipengele vya muundo' ambavyo 'uchapishaji wa 3D' hutoa na 'udhibiti wa molekuli na nano-scale' unaowezeshwa na 'kukusanyika kwa molekuli'. Inatumia uwezo wa kujikusanya kwa molekuli ili kuchochea seli zinazochapishwa, jambo ambalo vinginevyo ni kizuizi katika uchapishaji wa 3D wakati 'wino wa uchapishaji wa 3D' wa kawaida hautoi njia hii kwa hili.
Watafiti 'walipachika' miundo katika 'wino wa kibayolojia' ambayo ni sawa na mazingira yao ya asili ndani ya mwili na kufanya miundo kuwa kama ingekuwa katika mwili. Wino huu wa kibaolojia, unaoitwa pia wino wa kujikusanya husaidia kudhibiti au kurekebisha sifa za kemikali na kimwili wakati na baada ya uchapishaji, ambayo inaruhusu kuchochea tabia ya seli ipasavyo. Utaratibu wa kipekee unapotumika kwa bioprinting huturuhusu kufanya uchunguzi kuhusu jinsi seli hizi zinavyofanya kazi ndani ya mazingira yao, na hivyo kutupa picha na kuelewa hali halisi ya kibaolojia. Inaongeza uwezekano wa kujenga miundo ya kibayolojia ya 3D kwa kuchapisha aina nyingi za biomolecules zinazoweza kukusanyika katika miundo iliyofafanuliwa vizuri katika mizani nyingi.
Wakati ujao una matumaini sana!
Utafiti wa bioprinting tayari unatumiwa kuzalisha aina tofauti za tishu na hivyo unaweza kuwa muhimu sana kwa uhandisi wa tishu na dawa ya kuzaliwa upya ili kushughulikia hitaji la tishu na viungo vinavyofaa kwa upandikizaji - ngozi, mfupa, vipandikizi, tishu za moyo n.k. Zaidi, mbinu hiyo hufungua fursa nyingi za kubuni na kuunda hali za kibayolojia kama vile mazingira changamano na mahususi ya seli ili kuwezesha ustawi wa uhandisi wa tishu kwa kuunda vitu au miundo -chini ya udhibiti wa dijiti na kwa usahihi wa molekuli- ambayo inafanana au kuiga tishu katika mwili. Tishu hai, mfupa, mishipa ya damu na, uwezekano na mifano ya viungo zima inawezekana kuunda kwa taratibu za matibabu, mafunzo, majaribio, utafiti na uvumbuzi wa madawa ya kulevya. Kizazi mahususi cha miundo maalum ya mgonjwa inaweza kusaidia katika kubuni matibabu sahihi, yaliyolengwa na ya kibinafsi.
Mojawapo ya vizuizi vikubwa zaidi vya uchapishaji wa kibayolojia na uchapishaji wa 3D wa inkjet kwa ujumla imekuwa uundaji wa programu ya hali ya juu na ya kisasa ili kukabiliana na changamoto katika hatua ya kwanza ya uchapishaji - kuunda muundo au mchoro unaofaa. Kwa mfano, ramani ya vitu visivyo hai inaweza kuundwa kwa urahisi lakini inapokuja suala la kuunda miundo ya kidijitali ya kusema, ini au moyo, ina changamoto na si ya moja kwa moja kama vitu vingi muhimu. Uchapishaji wa kibayolojia bila shaka una faida nyingi - udhibiti sahihi, uwezaji kurudiwa na muundo wa mtu binafsi lakini bado unakabiliwa na changamoto kadhaa - moja muhimu zaidi ni kujumuisha aina nyingi za seli katika muundo wa anga kwa kuwa mazingira ya kuishi ni yenye nguvu na sio tuli. Utafiti huu umechangia maendeleo ya uchapishaji wa 3D na vikwazo vingi vinaweza kuondolewa kwa kufuata kanuni zao. Ni wazi kwamba mafanikio ya kweli ya uchapishaji wa kibayolojia yana vipengele kadhaa vilivyoambatanishwa nayo. Kipengele muhimu zaidi ambacho kinaweza kuwezesha uchapishaji wa kibayolojia ni uundaji wa nyenzo za kibayolojia zinazofaa na zinazofaa, uboreshaji wa utatuzi wa uchapishaji na pia uwekaji mishipa ili kuweza kutumia teknolojia hii kimatibabu. Haionekani kuwa haiwezekani 'kuunda' viungo vinavyofanya kazi kikamilifu na vinavyoweza kutumika kwa ajili ya upandikizaji wa binadamu kwa uchapishaji wa kibayolojia lakini hata hivyo uga huu unaendelea kwa kasi na maendeleo mengi yako mstari wa mbele sasa katika miaka michache tu. Inapaswa kufikiwa ili kushinda changamoto nyingi zinazoambatanishwa na uchapishaji wa baiolojia kwa kuwa watafiti na wahandisi wa matibabu tayari wako kwenye njia ya uchapaji changamano wa mafanikio.
Baadhi ya masuala na Bioprinting
Jambo muhimu lililotolewa katika uwanja wa uchapishaji wa kibayolojia ni kwamba karibu haiwezekani katika hatua hii kupima ufanisi na usalama wa matibabu yoyote ya kibaolojia 'yaliyobinafsishwa' yanayotolewa kwa wagonjwa kwa kutumia mbinu hii. Pia, gharama zinazohusiana na matibabu hayo ni suala kubwa hasa pale ambapo viwanda vinahusika. Ingawa kuna uwezekano mkubwa sana wa kuendeleza viungo vya utendaji vinavyoweza kuchukua nafasi ya viungo vya binadamu, lakini hata hivyo, kwa sasa hakuna njia ya uthibitisho wa kijinga ya kutathmini kama mwili wa mgonjwa utakubali tishu mpya au kiungo bandia kinachozalishwa na kama upandikizaji huo utafanikiwa. zote.
Uchapishaji wa maandishi ni soko linalokua na litazingatia ukuzaji wa tishu na viungo na labda katika miongo michache matokeo mapya yangeonekana katika viungo vya binadamu vilivyochapishwa vya 3D na upandikizaji. 3D bioprinting itaendelea kuwa maendeleo muhimu na muhimu zaidi ya matibabu katika maisha yetu.
***
{Unaweza kusoma karatasi asili ya utafiti kwa kubofya kiungo cha DOI kilichotolewa hapa chini katika orodha ya (vyanzo) vilivyotajwa}
Chanzo (s)
Hedegaard CL 2018. Mkusanyiko wa Kujitegemea wa Kihierarkia wa Peptide-Protini unaoongozwa na Hydrodynamically. Vifaa vya kazi vya hali ya juu. https://doi.org/10.1002/adfm.201703716
