Inhalt
- Wie Bioprinting funktioniert
- Bioprinting auf einem Chip
- Bioprinting und Knochentransplantate
- Bioprinting und regenerative Haut und Gewebe
- Bioprinting Blutgefäße
Wie Bioprinting funktioniert
Ein 3D-Drucker kann dem Drucken Tiefe verleihen. Ein Bioprinter verteilt dazu Biomaterialien wie lebende Zellen, synthetischen Klebstoff und Kollagengerüste in Schichten, um ein Objekt zu erstellen. Dieser Prozess wird als additive Fertigung bezeichnet. Die dem Drucker zugeführten Materialien werden beim Herauskommen zu einem 3D-Objekt verfestigt.
Es ist jedoch nicht so einfach, Materialien in einen 3D-Drucker zu legen und einen Knopf zu drücken. Um zur additiven Fertigungsphase zu gelangen, muss der Drucker einen Entwurf erhalten - ein computergeneriertes Bild dessen, was er zu erstellen versucht. Anschließend werden die Materialien, die Sie für das Objekt verwenden möchten, in den Drucker eingespeist. Der Drucker liest die digitale Datei, die Sie ihm gegeben haben, während er die Materialien, die Sie ihm gegeben haben, in Schichten ausdruckt, um das gewünschte Objekt wiederherzustellen. Jede Schicht kühlt ab und haftet aneinander (dank des Kollagens, des Klebers oder in einigen Fällen nur der Zellen selbst), wodurch ein festes, stabiles Stück entsteht.
Damit die lebenden Zellen (allgemein als Bioink bezeichnet) in einen Bioprinter eingespeist werden können, gibt es eine Reihe von Wegen, die Forscher einschlagen können. Erstens können sie direkt dem Patienten entnommen werden, für den sie Bioprinting durchführen. Wenn sie zu Forschungszwecken oder in Fällen verwendet werden, in denen sie keine eigenen Zellen eines Patienten verwenden können, können adulte Stammzellen verwendet werden, da sie für den Zelltyp manipuliert werden können, der für das Bioprinting zur Wiederherstellung von Gewebe benötigt wird.
Die Blaupause, die ein Bioprinter verwendet, ist oft ein Scan des Patienten. Dies ermöglicht es dem Bioprinter, Gewebe unter Bezugnahme auf den Scan wiederherzustellen und dünne, präzise Schichten zu verwenden, um das Gewebe aufzubauen oder zu drucken.
Bioprinting auf einem Chip
Eine der Möglichkeiten, wie 3D-Bioprinting derzeit in der Wissenschaft und Medizin eingesetzt wird, ist das Testen der regenerativen Medizin. Am Wyss Institute in Harvard haben Forscher einen 3D-Bioprinter entwickelt, mit dem vaskularisierte Gewebe lebender menschlicher Zellen hergestellt werden können, die auf einem Chip gedruckt sind. Sie verwenden dieses Gewebe auf einem Chip, um es mit einem Gefäßkanal zu verbinden, der es den Forschern ermöglicht, dem Gewebe Nährstoffe zur Überwachung von Wachstum und Entwicklung zu geben.
Die Fähigkeit, Gewebe auf einem Chip zu züchten, hilft Forschern, neue Techniken in der regenerativen Medizin sowie Drogentests zu untersuchen. Mithilfe eines 3D-Bioprinters können Forscher auch verschiedene Methoden zur Herstellung von Chips untersuchen. Eine Errungenschaft bestand darin, ein Herz auf einem Chip mit Sensoren für Forschungs- und Datenerfassungszwecke zu schaffen. Dies kann zuvor Tierversuche oder andere Maßnahmen erforderlich gemacht haben.
Bioprinting und Knochentransplantate
Wenn es darum geht, Medizin zu praktizieren, gibt es noch viel zu lernen und zu testen, um bioprinted Organe herzustellen, die auf die Größe des Menschen skaliert sind. Es werden jedoch erhebliche Schritte unternommen, beispielsweise im Bereich der Knochentransplantation, um Probleme mit den Knochen und den sie umgebenden Gelenken zu beheben.
Die bemerkenswertesten Fortschritte erzielen Forscher der Swansea University in Wales. Die Bioprinter des Teams können künstliche Knochenmaterialien in bestimmten Formen herstellen, die unter Verwendung eines regenerativen und haltbaren Materials benötigt werden. Forscher der AMBER Science Foundation Ireland und des Trinity College in Dublin, Irland, haben ein Verfahren zur Unterstützung des 3D-Bioprintings von Knochenmaterial entwickelt, um bei Defekten zu helfen, die durch Tumorresektionen, Trauma und Infektionen sowie genetische Knochendeformitäten verursacht werden.
Die Universität von Nottingham in England hat auch in diesem Bereich der Medizin Fortschritte erzielt, indem sie eine Kopie des Knochens, den sie ersetzen, bioprinting und mit Stammzellen beschichtet. Das Gerüst befindet sich im Körper. Mit der Zeit wird es mit Hilfe der Stammzellen vollständig durch einen neuen Knochen ersetzt.
Bioprinting und regenerative Haut und Gewebe
Haut ist ein erfolgreiches Gebiet der Medizin für das Bioprinting, da das Gerät beim Drucken schichten kann. Da die Haut ein mehrschichtiges Organ ist, das aus verschiedenen Zellen in jeder Schicht besteht, hoffen die Forscher, dass Bioprinting im Laufe der Zeit dazu beitragen kann, die Hautschichten wie Dermis und Epidermis zu reproduzieren.
Forscher der Wake Forest School of Medicine in North Carolina untersuchen dies genau, wenn es um Verbrennungsopfer geht, die nicht genug unbeschädigte Haut zum Ernten haben, um bei der Wundversorgung und Heilung zu helfen. In diesem Fall erhält der Bioprinter die Wundinformationen des Patienten von einem Scanner (einschließlich der benötigten Tiefe und Zelltypen), um neue Haut zu erstellen, die dann für den Patienten verwendet werden kann.
An der Pennsylvania State University arbeiten Forscher an 3D-Bioprinting, mit dem Knorpel erzeugt werden kann, um Gewebe in den Knien und anderen Bereichen zu reparieren, die häufig durch Abnutzung des Körpers sowie Haut und andere für die Organgesundheit wichtige Gewebe des Nervensystems abgenutzt sind .
Bioprinting Blutgefäße
Die Möglichkeit, Blutgefäße mit einem Bioprinter wiederherzustellen, ist nicht nur hilfreich, um sie direkt in einen Patienten transplantieren zu können, sondern auch für Drogentests und personalisierte Medizin. Forscher am Brigham and Women’s Hospital haben auf diesem Gebiet der Medizin Fortschritte erzielt, indem sie Agarosefasern gedruckt haben, die als Blutgefäße dienen. Die Forscher fanden heraus, dass diese bioprinted Blutgefäße stark genug sind, um sich zu bewegen und größere Netzwerke zu bilden, anstatt sich um eine vorhandene Struktur aufzulösen.
Ein Wort von Verywell
Die Forschung, die sich aus dem Bioprinting ergibt, ist faszinierend, und obwohl das Wissen und die Gewinne, die durch die Fähigkeit zum Bioprint von Knochen, Haut, Blutgefäßen, Knorpel und sogar Organen erzielt wurden, erheblich erweitert wurden, müssen vor vielen noch viel weitere Fortschritte erzielt werden von diesen Praktiken werden in die Medizin angepasst.
Einige sind jedoch möglicherweise früher bereit als andere. Im Falle von Bioprinting und Hautforschern hoffen wir, die Wissenschaft innerhalb von fünf Jahren für Soldaten bereit zu haben, die im Kampf schwere Verbrennungen erleiden. Andere Bereiche des Bioprintings, wie die Wiederherstellung von Organen für den Menschen, sind noch weit in der Entwicklung.
Wenn es darum geht, die Prozesse des Körpers nachzuahmen und die Wechselwirkung bestimmter Medikamente innerhalb des größeren Systems des Körpers zu beobachten, hat das Bioprinting Türen geöffnet, um Daten zu sammeln und nicht-invasive Wege zu finden, um zu sehen, wie der menschliche Körper mit bestimmten Substanzen interagiert, was dazu führen könnte mehr personalisierte Medizin für Patienten und weniger Nebenwirkungen.