چاپگرهای زیستی چگونه کار می‌کنند؟

چاپگر زیستی، جوهر زیستی و کاغذ زیستی (که چاپ روی آن صورت می‌گیرد)، سه بخش اصلی فرآیند چاپ زیستی محسوب می‌شوند.

در فرآیند چاپ زیستی، از سه نوع اصلی چاپگر: جوهرافشان، لیزری، اکستروژن استفاده می‌شود.

بطور معمول از چاپگرهای جوهرافشان، برای تولید سریع بافت‌ها در مقیاس بزرگ استفاده می شود. یکی از انواع چاپگرهای زیستی جوهرافشان، drop-on-demand نام دارد که مواد را در مقیاس دقیق و با حداقل هزینه و ضایعات چاپ می کند. چاپگرهای لیزری که اغلب گران قیمت و پر هزینه هستند، محصول چاپی با وضوح بسیار بالا را ارائه می دهند. چاپگرهای اکستروژن، سلول‌ها را بصورت لایه به لایه، درست مانند چاپگرهای سه بعدی برای تولید ساختارهای سه بعدی، چاپ می کنند.

برترین چاپگرهای زیستی سه بعدی

این فهرست شامل چاپگرهای زیستی سه بعدی ساخته شده توسط دانشگاه‌ها، که تنها برای انجام تحقیقات مورد استفاده قرار می گیرند، نیست.

1) چاپگر3D Bioplotter ، فناوری: اکستروژن پمپ سرنگ، مواد: هیدورژل، سیلیکون، هیدروکسی آپاتیت، تیتانیوم، کیتوزان؛ محصول شرکت EnvisionTEC، قیمت 200 هزار دلار.

در فرآیند چاپ زیستی، از سه نوع اصلی چاپگر: جوهرافشان، لیزری، اکستروژن استفاده می‌شود.

2) چاپگر NovoGen MMX، فناوری: اکستروژن پمپ سرنگ، مواد: هیدروژل سلولی؛ محصول شرکت Organovo آمریکا که در سال 2010 از سوی مجله تایم بعنوان بهترین نوآوری سال 2010 معرفی شد.

3) چاپگر 3Ddiscovery، فناوری: اکستروژن پمپ سرنگ، مواد: جوهر زیستی، osteoink؛ محصول شرکت RegenHU سوئیس، قیمت 200 هزار دلار.

4) چاپگرFABION ، فناوری: الکترومغناطیس و اکستروژن، مواد: هیدروژل، ارگانوئید؛ محصول شرکت 3D Bioprinting Solutions روسیه.

5) چاپگر BioBot1، فناوری: اکستروژن پمپ سرنگ و نور آبی، مواد: آگارز، کلاژن، آلژینات، پلی اتیلن گلیکول؛ محصول شرکت BioBots  آمریکا، قیمت 10 هزار دلار.

6) چاپگر Inkredible، فناوری: اکستروژن پمپ سرنگ، مواد: CELLINK ، CELLINK A، جوهر زیستی مبتنی بر آلژینات؛ محصول شرکت CELLINK سوئد، قیمت 9- 5 هزار دلار.

7) چاپگر Ourobotics Revolution، مواد: کلاژن، ژلاتین، آلژینات، کیتوزان؛ محصول شرکت Ourobotics ایرلند، قیمت 12 هزار دلار.

سه گام چاپ زیستی

پیش- چاپ زیستی (Pre-bioprinting)، چاپ زیستی، پسا- چاپ زیستی (Post-bioprinting)، سه گام اصلی در فرآیند چاپ زیستی محسوب می شوند.

پیش- چاپ زیستی فرآیند ایجاد مدلی است که چاپگر از آن برای انتخاب مواد برای چاپ نهایی بافت استفاده خواهد کرد. فناوری‌های متداول برای چاپ زیستی شامل توموگرافی رایانه‌ای (CT) و تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) هستند.

برای چاپ لایه به لایه بافت مورد نظر، بازسازی توموگرافی بر روی تصاویر انجام شده و تصاویر دو بعدی برای چاپگر ارسال می شود. با آماده شدن تصویر، سلول‌های خاص با یک مادهِ مایع شده – که اکسیژن و مواد مغذی را برای زنده نگه داشتن آنها فراهم می کند – مخلوط می شوند. این تجمع سلول‌ها به داربست نیاز ندارد و برای قرار دادن در همجوشی بافت لوله مانند برای فرآیندهایی مانند اکستروژن استفاده می شود.

چاپ زیستی، گام دوم محسوب می شود و در این مرحله، مخلوط مایع سلول‌ها و مواد مغذی در کارتریج چاپگر قرار می گیرند و ساختار با استفاده از اسکن‌های انجام شده (از عضو مورد نظر)، ساخته می شود.

در ادامه، پیش بافت (pre-tissue) چاپ شده به دستگاه انکوباتور منتقل می شود که پس از طی مراحل رشد، به یک بافت کامل تبدیل می شود.

پسا- چاپ زیستی، گام نهایی در فرآیند چاپ زیستی محسوب می شود که برای ایجاد یک ساختار پایدار از مواد بیولوژیکی ضروری است. اگر این فرآیند بدرستی انجام نشود، یکپارچگی مکانیکی و عملکرد بافت چاپ سه بعدی با خطر جدی مواجه می شود.

تحریکات مکانیکی و شیمیایی محصول، یکی از نیازهای اصلی این مرحله است که سیگنال‌هایی را به سلول‌ها برای کنترل بازسازی و رشد بافت ارسال می کند. فناوری رآکتورهای زیستی اجازه رشد سریع بافت، رگ‌سازی درون بافت و توانایی زنده ماندن عضو پس از پیوند را فراهم می کنند.

عملکرد چاپگرهای زیستی سه بعدی                                          

گام نخست برای تولید بافت، توسعه پروتکل‌های فرآیند زیستی مورد نیاز برای تولید بلوک‌های سازنده چند سلولی – موسوم به جوهر زیستی (bio- ink) – از سلول‌ها است که برای ساخت بافت هدف مورد استفاده قرار می گیرند.

جوهر زیستی، سلول‌هایی هستند که به صورت لایه لایه بر روی هم قرار می‌گیرند و ساختارهای سه بعدی را تشکیل می‌دهند. بلوک‌های سازنده جوهر زیستی بوسیله چاپگر سه بعدی، لایه به لایه بر روی هم قرار می گیرند تا در نهایت بافت هدف شکل بگیرد.

در مواردی، از ترکیبات هیدروژل بی اثر- زیستی (bio-inert) به عنوان حمایت‌کننده استفاده می شود تا بافت، ساختار عمودی خود را حفظ کرده و شکل سه بعدی ایجاد شود، یا اینکه از هیدروژل برای ایجاد کانال یا فضاهای خالی درون بافت برای تقلید عملکردهای بافت طبیعی استفاده می شود.

فرآیند چاپ زیستی می تواند به گونه‌ای طراحی شود که برای تولید بافت‌ها در فرمت‌های مختلف، از بافت‌هایی در مقیاس میکرو تا ساختارهای بزرگتر برای قرار دادن بر روی رآکتورهای زیستی استفاده شود.

 

منابع: organovo.com / livescience.com /  3dprintingindustry.com

گزارش: معصومه سوهانی

 

No tags for this post.