Në një përparim të madh në teknikën e bioprintimit 3D, qelizat dhe indet janë krijuar që të sillen si në mjedisin e tyre natyror në mënyrë që të ndërtojnë struktura biologjike 'të vërteta'.
Printimi 3D është një procedurë në të cilën një material shtohet së bashku dhe kështu bashkohet ose ngurtësohet nën kontrollin dixhital të një kompjuteri për të krijuar një objekt ose entitet tredimensional. Prototipizimi i shpejtë dhe prodhimi aditiv janë termat e tjerë që përdoren për të përshkruar këtë teknikë të krijimit të objekteve ose entiteteve komplekse duke shtresuar materialin dhe duke ndërtuar gradual - ose thjesht një metodë "aditiv". Kjo teknologji e jashtëzakonshme ka ekzistuar për tre dekada pasi u zbulua zyrtarisht në 1987, vetëm kohët e fundit ajo është vënë në qendër të vëmendjes dhe popullaritetit si jo vetëm si një mjet për të prodhuar prototipa, por përkundrazi duke ofruar komponentë funksionalë të plotë. I tillë është potenciali i mundësive të 3D duke thënë se tani po nxit risi të mëdha në shumë fusha, duke përfshirë inxhinierinë, prodhimin dhe mjekësinë.
Ekzistojnë lloje të ndryshme të metodave të prodhimit të aditivëve, të cilat ndjekin të njëjtat hapa për të arritur rezultatin përfundimtar. Në hapin e parë vendimtar, dizajni krijohet duke përdorur softuerin CAD (Computer-Aided-Design) në kompjuter - i quajtur një plan dixhital. Ky softuer mund të parashikojë se si do të dalë struktura përfundimtare dhe si do të sillet, kështu që ky hap i parë është jetik për një rezultat të mirë. Ky dizajn CAD konvertohet më pas në një format teknik (i quajtur skedar .stl ose gjuhë standarde tessellation) i cili kërkohet që printeri 3D të jetë në gjendje të interpretojë udhëzimet e dizajnit. Më pas, printeri 3D duhet të konfigurohet (i ngjashëm me një printer 2D të zakonshëm, shtëpie ose zyre) për printimin aktual – kjo përfshin konfigurimin e madhësisë dhe orientimit, zgjedhjen e printimeve të peizazhit ose portretit, mbushjen e fishekëve të printerit me pluhurin e duhur . Të Printer 3D më pas fillon procesi i printimit, duke ndërtuar gradualisht dizajnin një shtresë mikroskopike të materialit në të njëjtën kohë. Kjo shtresë është zakonisht rreth 0.1 mm në trashësi, megjithëse mund të personalizohet për t'iu përshtatur një objekti të veçantë që printohet. E gjithë procedura është kryesisht e automatizuar dhe nuk kërkohet asnjë ndërhyrje fizike, vetëm kontrolle periodike për të siguruar funksionimin e duhur. Një objekt i veçantë kërkon disa orë deri në ditë për t'u përfunduar, në varësi të madhësisë dhe kompleksitetit të dizajnit. Më tej, duke qenë se është një metodologji "shtesë", është ekonomike, miqësore me mjedisin (pa humbje) dhe gjithashtu ofron hapësirë shumë më të madhe për dizajne.
Niveli tjetër: Bioprintimi 3D
Bioprintimi është një zgjerim i printimit tradicional 3D me përparimet e fundit që mundësojnë aplikimin e printimit 3D në materialet e gjalla biologjike. Ndërsa printimi 3D me bojë po përdoret tashmë për të zhvilluar dhe prodhuar pajisje dhe mjete mjekësore të avancuara, duhet të zhvillohet një hap më tej për të printuar, parë dhe kuptuar molekulat biologjike. Dallimi thelbësor është se ndryshe nga printimi me bojë, bioprintimi bazohet në bio-bojë, e cila përbëhet nga struktura të qelizave të gjalla. Pra, në bioprintim, kur futet një model i veçantë dixhital, indi i gjallë specifik printohet dhe ndërtohet shtresë pas shtresë qelize. Për shkak të përbërësve qelizorë shumë kompleksë të trupit të gjallë, bioprintimi 3D po përparon ngadalë dhe kompleksitete të tilla si zgjedhja e materialeve, qelizave, faktorëve, indeve po paraqesin sfida shtesë procedurale. Këto kompleksitete mund të trajtohen duke zgjeruar të kuptuarit duke integruar teknologjitë nga fusha ndërdisiplinore p.sh. biologjia, fizika dhe mjekësia.
Përparim i madh në bioprinting
Në një studim të botuar në Materiale funksionale të përparuara, studiuesit kanë zhvilluar një teknikë bioprintimi 3D e cila përdor qelizat dhe molekulat që gjenden normalisht në indet natyrore (mjedisi i tyre amtare) për të krijuar konstruksione ose dizajne që i ngjajnë strukturave biologjike 'reale'. Kjo teknikë e veçantë bioprintimi kombinon 'vetë-montimin molekular' me 'printimin 3D' për të krijuar struktura komplekse biomolekulare. Vetë-montimi molekular është një proces me të cilin molekulat miratojnë një rregullim të përcaktuar vetë për të kryer një detyrë specifike. Kjo teknikë integron 'kontrollin mikro dhe makroskopik të veçorive strukturore' që ofron 'printimi 3D' me 'kontrollin molekular dhe nano-shkallë' të mundësuar nga 'vetë-montimi molekular'. Ai përdor fuqinë e vetë-montimit molekular për të stimuluar qelizat që po printohen, gjë që përndryshe është një kufizim në printimin 3D kur 'bojëja e zakonshme e printimit 3D' nuk ofron këtë mjet për këtë.
Studiuesit 'ngulitën' struktura në 'bojë bio', e cila është e ngjashme me mjedisin e tyre vendas brenda trupit, duke bërë që strukturat të sillen ashtu siç do të silleshin në trup. Kjo bio-bojë, e quajtur edhe bojë e vetë-montuar ndihmon në kontrollin ose modulimin e vetive kimike dhe fizike gjatë dhe pas printimit, gjë që më pas lejon të stimulojë sjelljen e qelizave në përputhje me rrethanat. Mekanizmi unik kur aplikohet në bioprinting na lejon të bëjmë vëzhgime se si funksionojnë këto qeliza brenda mjediseve të tyre, duke na dhënë kështu një pamje dhe kuptim të skenarit real biologjik. Ai rrit mundësinë e ndërtimit të strukturave biologjike 3D duke printuar lloje të shumta biomolekulash të afta të grumbullohen në struktura të mirëpërcaktuara në shkallë të shumta.
E ardhmja është shumë shpresëdhënëse!
Hulumtimi i bioprintimit tashmë është duke u përdorur për të gjeneruar lloje të ndryshme të indeve dhe kështu mund të jetë shumë i rëndësishëm për inxhinierinë e indeve dhe mjekësinë rigjeneruese për të adresuar nevojën për inde dhe organe të përshtatshme për transplantim - lëkurë, kocka, graftet, indet e zemrës etj. Më tej, teknika hap një gamë të gjerë mundësish për të hartuar dhe krijuar skenarë biologjikë si mjedise komplekse dhe specifike qelizore për të mundësuar prosperitetin e inxhinierisë së indeve duke krijuar në fakt objekte ose konstruksione -nën kontrollin dixhital dhe me saktësi molekulare- që ngjajnë ose imitojnë indet në trup. Indet e gjalla, kockat, enët e gjakut dhe, potencialisht dhe modelet e organeve të tëra janë të mundshme për t'u krijuar për procedura mjekësore, trajnime, testime, kërkime dhe iniciativa për zbulimin e barnave. Gjenerata shumë specifike e konstrukteve të personalizuara specifike për pacientin mund të ndihmojë në hartimin e trajtimeve të sakta, të synuara dhe të personalizuara.
Një nga pengesat më të mëdha për printimin biologjik dhe printimin 3D me bojë në përgjithësi ka qenë zhvillimi i një softueri të avancuar dhe të sofistikuar për të përballuar sfidën në hapin e parë të printimit – krijimi i një dizajni ose plani të përshtatshëm. Për shembull, plani i objekteve jo të gjalla mund të krijohet lehtësisht, por kur bëhet fjalë për krijimin e modeleve dixhitale të një mëlçie ose zemre, ai është sfidues dhe jo i drejtpërdrejtë si shumica e objekteve materiale. Bioprintimi ka padyshim shumë përparësi - kontroll të saktë, përsëritshmëri dhe dizajn individual, por ende është i rrënuar me disa sfida - më e rëndësishmja është përfshirja e llojeve të shumta të qelizave në një strukturë hapësinore pasi një mjedis jetese është dinamik dhe jo statik. Ky studim ka kontribuar në avancimin e bioprintimit 3D dhe shumë pengesa mund të hiqen duke ndjekur parimet e tyre. Është e qartë se suksesi i vërtetë i bioprintimit ka disa aspekte të lidhura me të. Aspekti më i rëndësishëm që mund të fuqizojë bioprintimin është zhvillimi i biomaterialeve përkatëse dhe të përshtatshme, rritja e rezolucionit të printimit dhe gjithashtu vaskularizimi për të qenë në gjendje të aplikoni me sukses këtë teknologji klinikisht. Duket e pamundur të 'krijosh' organe plotësisht funksionale dhe të qëndrueshme për transplantim njerëzor me anë të bioprintimit, por megjithatë kjo fushë po përparon me shpejtësi dhe shumë zhvillime janë në ballë tani në vetëm pak vite. Ajo duhet të jetë e arritshme për të kapërcyer shumicën e sfidave të bashkangjitura me bioprinting meqenëse studiuesit dhe inxhinierët biomjekësorë janë tashmë në rrugën e bioprintimit kompleks të suksesshëm.
Disa probleme me Bioprinting
Një pikë kritike e ngritur në fushën e bioprintimit është se është pothuajse e pamundur në këtë fazë të testohet efikasiteti dhe siguria e çdo trajtimi biologjik 'të personalizuar' që u ofrohet pacientëve që përdorin këtë teknikë. Gjithashtu, kostot që lidhen me trajtime të tilla janë një çështje e madhe veçanërisht kur bëhet fjalë për prodhimin. Megjithëse është shumë e mundur të zhvillohen organe funksionale që mund të zëvendësojnë organet e njeriut, por edhe atëherë, aktualisht nuk ka asnjë mënyrë provë të pamend për të vlerësuar nëse trupi i pacientit do të pranojë indet e reja ose organin artificial të krijuar dhe nëse transplante të tilla do të jenë të suksesshme në të gjitha.
Bioprintimi është një treg në rritje dhe do të fokusohet në zhvillimin e indeve dhe organeve dhe ndoshta në disa dekada do të shiheshin rezultate të reja në organet dhe transplantet njerëzore të printuara 3D. 3D bioprinting do të vazhdojë të jetë zhvillimi mjekësor më i rëndësishëm dhe më i rëndësishëm i jetës sonë.
***
{Mund të lexoni punimin origjinal kërkimor duke klikuar lidhjen DOI të dhënë më poshtë në listën e burimeve të cituara}
Burimi (s)
Hedegaard CL 2018. Vetë-montim hierarkik i udhëhequr në mënyrë hidrodinamike të bioinkseve peptide-proteinike. Materiale funksionale të përparuara. https://doi.org/10.1002/adfm.201703716
