medicalinfo: 3D биопечать. Основы технологии. [7651374]



Источник фото

Это далеко не новая, но очень интересная и развивающаяся отрасль.
3D-печать используется во многих сферах: промышленность, искусство, создание потребительских товаров (различных деталей), наука, образование и медицина.
Достижения науки привели к возможности использовать 3D-принтеры для печати биосовместимых материалов, органов и тканей для их последующей трансплантации.

Метод 3D-печати был впервые описан в 1986 году Чарльзом В. Халлом. Его метод назван - «стереолитография»: тонкие слои материала, затвердевают под действием ультрафиолетовых лучей, последовательно формируют слои твердой трехмерной структуры. 3D-биопечать уже использовалась для генерации и трансплантации некоторых тканей, кожи, костей, сосудистых трансплантатов,тканей сердца и хрящевых структур. Другие возможности включают разработку моделей с высокой пропускной способностью 3D-биопринтеров для исследований, обнаружения лекарств и токсикологии.

КАК ЖЕ РАБОТАЕТ 3D ПРИНТЕР?
Сначала создается на компьютере образец в формате STL-файла (формат файла, используемый для хранения трёхмерных моделей объектов. И необходимым этапом является визуализация.
Производят моделирование с помощью компьютерной томографии и магнитно-резонансной томографии для создания трехмерной модели.

После чего происходит сам процесс печати. Заключается он в повторяющихся циклах - нанесение на рабочий стол (элеватор) принтера слоя расходных материалов, перемещением рабочего стола вниз на уровень готового слоя и удалением с поверхности стола отходов. Циклы непрерывно следуют один за другим: на первый слой материала наносится следующий, элеватор снова опускается и так до тех пор, пока на рабочем столе не окажется готовое изделие.

Проблема заключается в преобразовании технологии, которая создана для печати пластика, для печати живых биологических материалов. Итак, какие способы 3D-печати используют:
Струйная биопечать. На задаваемые программой области подается определенное количество жидкости, которая должна сформировать 3D объект со структурной организацией и функциональностью. Объём капель - от одного до трёхсот пиколитров, частота в пределах от одной до десяти тысяч капель в секунду. Выделяют два вида

  • термальные струйные принтеры(вещество прходит через нагревательный элемент, образуюся газовые пузырьки, которые вытесняют жидкость)
  • принтеры с пьезоэлектрическихь кристаллом, при помощи звуковой волны внутри головки принтера, заставляет жидкость распыляться на мелкие капли.

Достоинства:

  • низкая стоимость,
  • высокая разрешающая способность,
  • большая скорость печати
  • совместимость со многими биологическим материалами.
  • способность создавать градиент концентрации клеток, тканей или факторов роста по всей площади 3D структуры, посредством изменения размеров и плотности капель.

Недостатки:

  • ограничения по вязкости материалов, связанные с силой, требуемой для экстракции капель растворов высокой вязкости.
  • биологические материалы должны находиться в жидкой форме для образования капелек.

Струйная биопечать нашла применение для регенерации кожи и хрящей. Проводят эксперименты по пересадке таких изготовленных объектов мышам, получены положительные результаты.

Микроэкструзионная печать. Экструзия - получение объекта путем продавливания вязкого материала через формующее отверстие (экструзионную головку).

Достоинства:

  • возможность наложения клеток с высокой плотностью
  • метод совместим с широким спектром жидкостей и биосовместимыми материалами, которые могут менять свои свойства в зависимости от изменений температуры окружающей среды. Это позволяет их экструдировать вместе с другими компонентами, но после попадания в другую температуру (температуру тела человека, например), они становятся стабильным объектом.

Недостаток:

  • низкая жизнеспособность полученного материала (частота выживания от 40 до 86%), которая возможно обусловлена стрессом, получаемым клетками во время экструзии.

    • Применение: печать различных тканей, например, крапанов аорты, сосудов, моделей опухолей.
    Лазер-опосредованная печать LAB (Laser-assisted bioprinting). Клеточный материал переносится с подложки с лазер-поглощающим слоем на подложку коллектора при помощи сфокусированных лазерных пучков за счет образования пузыря высокого давления. Так как в таком механизме отсутствуют элементы типа насадок LAB установка может печатать живыми клетками с незначительным воздействием на их жизнеспособность. Однако для достижения необходимой стабильности формы при помощи такой установки требуется быстрая кинетика гелеобразования, также отдельную сложность представляет точное позиционирование клеток и присутствие в итоговом объекте следов металлических компонентов из-за испарения металлического лазер-поглощающего слоя во время печати.

    Достоинства

    • высокая жизнеспособность полученного материала

    Недостатки

    • занимает много времени
    • высокая стоимость

    Технология была успешно применена для биологического материала: пептиды, ДНК и клетки In vivo. LAB была использована для нанесения нано-гидроксиапатита на свод черепа мыши.

    Важным этапом является выбор материала.
    Используют материал природного происхождения (полимеры желатина, коллагена, хитозана, фибрина и гиалуроновой кислоты), или синтезируемый материал (полиэтиленгликоль).

    Преимуществом природных материалов являются их сходство с человеческим межклеточным матриксом и свойственная им биологическая активность.
    Преимуществом синтетических материалов является их возможность адаптироваться по специфическими физическими свойствами в соответствии с конкретными приложениями.
    Проблемы при использовании синтетических полимеров включают плохую биосовместимость, токсичные продукты распада и потерю механических свойств при распаде. Однако, синтетические гидрогели, которые являются гидрофильными и абсорбирующими, подходят для 3D биопечати, благодаря легкости контроля за их физическими свойствами в процессе синтеза.

    Материал для печати должен обладать следующими свойствами:

    • биологическая совместимость с реципиентом
    • скорость распада должна быть равна скорости воспроизведения клетками, нетоксичность продуктов распада
    • материалы должны соответствовать жесткости и функциональности конструкции.

    В ходе движения на пути от простого к более сложному исследователям предстоит столкнуться с серьезными проблемами, включая требования к материалам и клеткам, процессы созревания и функционирования тканей, необходимость васкуляризации и иннтервации.

    Итак, вопрос 3D биопечати не закрыт, т к технологии непрерывно развиваются. По мере появления новых данных по теме - буду ее освещать, подписывайтесь чтобы не пропустить!


    Оригинал поста создан 11-07-2017 18:22:48 UTC


    7650159 Про спортсменов
    7650200 "Дьявольский Соблазн"
    7650275 Поиграем? Да - нет (Эстафета от @tarimta)
    7650448 Интерьер бабушкиного дома
    7650451 Трамп-младший выложил в сеть переписку, касающуюся России.
    7650691 Что нужно знать о Конфуции и Лао-цзы
    7650773 Кулинарная эстафета. Часть 5. Азу по-татарски.
    7650855 ​Чудо-город Самарканд
    7650938 Эксперименты Веры Брежневой.
    7651171 Хождение по мукам.
    7651192 Пробный пост
    7651321 Мираж прошлого
    7651355 Отдых в Вейк Парк Голубое Озеро "Каменское"
    7651374 3D биопечать. Основы технологии.
    7651438 Роман Моисеев aka Synergen о криптовалютах и Голосе 07.07.2017.

    Прежде чем писать комментарий прочитайте О ПРОЕКТЕ
    Поддержите проект донатом!


Comments 0