3D bioprint

Дифферент моделс оф 3Д принтинг тиссуэ анд органс.

Уч о'лчовли (3Д) биопринтинг - ко'пинча табиий то'қималарнинг хусусиятларини тақлид қилиш мақсадида биотиббий қисмларни ишлаб чиқариш учун ҳужайраларни, о'сиш омилларини ва/ёки биоматериалларни бирлаштириш учун 3Д босиб чиқаришга о'хшаш усуллардан фойдаланиш. Умуман олганда, 3Д биопринтинг био-сиёҳ деб номланувчи материалларни тўлдириш учун қатлам-қатлам усулидан фойдаланиб, кейинчалик турли тиббиёт ва тўқима муҳандислиги соҳаларида қўлланиладиган тўқималарга ўхшаш тузилмаларни яратиши мумкин. 3Д биопринтинг биопринтинг техникаси ва биоматериалларнинг кенг доирасини қамраб олади. Ҳозирда биопринтинг ёрдамида дори ва потенциал муолажаларни тадқиқ қилишда тўқима ва орган моделларини чоп этиш мумкин. Шунга қарамай, биопринтед тирик ҳужайра конструксияларини клиник қо'ллашга таржима қилиш функционал органларни яратиш учун зарур бо'лган мураккаблик ва ҳужайралар сони туфайли бир қанча муаммоларга дуч келади. Бироқ, инновациялар ҳужайрадан ташқари матрицанинг биопринциясидан тортиб, керакли то'қималарни ҳосил қилиш учун қатлам бо'йлаб ётқизилган гидрогеллар билан ҳужайраларни аралаштиришгача давом этади. Бундан ташқари, 3Д биопринтинг искалаларни босиб чиқаришни о'з ичига бошлади. Бу искалалардан бо'г'инлар ва лигаментларни қайта тиклаш учун фойдаланиш мумкин.

Жараён

Файл:Биопринтинг-оф-3Д-Cонволутед-Ренал-Прохимал-Тубулес-он-Перфусабле-Чипс-среп34845-с3.огв

3-Д биопринтинг одатда учта босқичдан иборат: биопринтингдан олдинги, биопринтинг ва пост-биопринтинг.

Биопринтингга тайёргарлик

Олдиндан биопринтинг бу принтер кейинчалик яратадиган моделни яратиш ва фойдаланиладиган материалларни танлаш жараёнидир. Биринчи қадамлардан бири органнинг биопсиясини олишдир. Биопринтинг учун ишлатиладиган умумий технологиялар компютер томографияси (КТ) ва магнит-резонанс томография (МРИ). Қатлам-қатлам ёндашуви билан чоп этиш учун тасвирларда томографик реконструксия амалга оширилади. Энди 2Д тасвирлар кейинчалик тайёрланиш учун принтерга юборилади. Тасвир яратилгандан со'нг, ма'лум ҳужайралар ажратилади ва ко'пайтирилади.[7] Кейин бу ҳужайралар кислород ва бошқа озиқ моддалар билан та'минлайдиган махсус суюлтирилган материал билан аралаштирилади. Ба'зи жараёнларда ҳужайралар диаметри 500 мкм бо'лган ҳужайрали сфероидлар билан қопланган. Ҳужайраларнинг бундай йиг'индиси искала талаб қилмайди ва экструзия каби жараёнлар учун қувур шаклидаги то'қималарнинг синтезига жойлаштириш учун талаб қилинади.[9]: 165

Биопринтлаш

Иккинчи босқичда биоинкс деб номланувчи ҳужайралар, матрицалар ва озуқа моддаларининг суюқ аралашмаси принтер картрижига жойлаштирилади ва беморларнинг тиббий сканерлари ёрдамида бириктирилади.[10] Биопринтед олдинги то'қима инкубаторга о'тказилганда, бу ҳужайрага асосланган олдинги то'қима то'қимага айланади.

Биологик конструксияларни ишлаб чиқариш учун 3Д биопринтинг одатда тўқималарга ўхшаш уч ўлчамли тузилмаларни яратиш учун кетма-кет қатлам-қатлам ёндашувидан фойдаланган ҳолда ҳужайраларни биомос келувчи искала устига тарқатишни ўз ичига олади.[11] 3Д биопринтинг ёрдамида яратилган жигар ва буйраклар каби сунъий органларда қон томирлари, сийдик тўплаш учун найчалар ва бу органлар учун зарур бўлган миллиардлаб ҳужайралар ўсиши каби танага таъсир қилувчи муҳим элементлар йўқлиги кўрсатилган. Ушбу компонентларсиз тананинг асосий озиқ моддалари ва кислородни ички қисмига чуқурроқ олиш имкони ё'қ.[11] Танадаги ҳар бир то'қима табиий равишда турли хил ҳужайра турларидан иборат эканлигини ҳисобга олсак, бу ҳужайраларни босиб чиқариш учун ко'плаб технологиялар ишлаб чиқариш жараёнида ҳужайраларнинг барқарорлиги ва ҳаётийлигини та'минлаш қобилиятига қараб фарқланади. Ҳужайраларни 3Д биопринтинг учун ишлатиладиган ба'зи усуллар фотолитография, магнитли 3Д биопринтинг, стереолитография ва то'г'ридан-то'г'ри ҳужайра экструзияси.[

Биопринтлашдан кейин

Иккинчи босқичда биоинкс деб номланувчи ҳужайралар, матрицалар ва озуқа моддаларининг суюқ аралашмаси принтер картрижига жойлаштирилади ва беморларнинг тиббий сканерлари ёрдамида бириктирилади.[10] Биопринтед олдинги то'қима инкубаторга о'тказилганда, бу ҳужайрага асосланган олдинги то'қима то'қимага айланади.

Биологик конструксияларни ишлаб чиқариш учун 3Д биопринтинг одатда тўқималарга ўхшаш уч ўлчамли тузилмаларни яратиш учун кетма-кет қатлам-қатлам ёндашувидан фойдаланган ҳолда ҳужайраларни биомос келувчи искала устига тарқатишни ўз ичига олади. 3Д биопринтинг ёрдамида яратилган жигар ва буйраклар каби сунъий органларда қон томирлари, сийдик тўплаш учун найчалар ва бу органлар учун зарур бўлган миллиардлаб ҳужайралар ўсиши каби танага таъсир қилувчи муҳим элементлар йўқлиги кўрсатилган. Ушбу компонентларсиз тананинг асосий озиқ моддалари ва кислородни ички қисмига чуқурроқ олиш имкони ё'қ. Танадаги ҳар бир то'қима табиий равишда турли хил ҳужайра турларидан иборат эканлигини ҳисобга олсак, бу ҳужайраларни босиб чиқаришнинг ко'плаб технологиялари биологик материалдан барқарор структурани яратиш учун биопринтингдан кейинги жараён давомида ҳужайраларнинг барқарорлиги ва ҳаётийлигини та'минлаш қобилиятига ко'ра фарқланади. . Агар бу жараён яхши сақланмаса, 3Д босилган об'эктнинг механик яхлитлиги ва функсияси хавф остида.[7] Об'эктни ушлаб туриш учун ҳам механик, ҳам кимёвий стимуляция керак. Ушбу стимуляциялар то'қималарнинг қайта тузилиши ва о'сишини назорат қилиш учун ҳужайраларга сигналларни юборади. Бундан ташқари, со'нгги ишланмаларда биореактор технологиялари то'қималарнинг тез пишишига, то'қималарнинг томирланишига ва трансплантациядан омон қолиш қобилиятига имкон берди.[8]

Биореакторлар озуқа моддаларини конвектив ташишда, микрогравитация муҳитини яратишда, эритманинг ҳужайралар бо'йлаб оқиб кетишига олиб келадиган босимни о'згартиришда ёки динамик ёки статик юклаш учун сиқишни қо'шишда ишлайди. Ҳар бир турдаги биореакторлар ҳар хил турдаги то'қималар учун идеалдир, масалан, сиқиш биореакторлари хафтага то'қималари учун идеалдир. Ҳужайраларни 3Д биопринтинг учун ишлатиладиган ба'зи усуллар фотолитография, магнитли 3Д биопринтинг, стереолитография ва то'г'ридан-то'г'ри ҳужайра экструзияс

Биопринтлаш ёндашуви

Ушбу соҳадаги тадқиқотчилар тегишли биологик ва механик хусусиятларга эга бо'лган тирик органларни ишлаб чиқариш учун ёндашувларни ишлаб чиқдилар. 3Д биопринтинг учта асосий ёндашувга асосланади: биомимикрия, автоном о'з-о'зини йиг'иш ва мини-то'қималарни қуриш блоклари.

Биомимикрия

Биопринтингнинг биринчи ёндашуви биомимикрия деб аталади. Ушбу ёндашувнинг асосий мақсади инсон танасидаги то'қималар ва органларда мавжуд бо'лган табиий тузилишга о'хшаш уйдирма тузилмаларни яратишдир. Биомимикрия органлар ва то'қималарнинг шакли, рамкаси ва микро муҳитини такрорлашни талаб қилади.[14] Биопринтингда биомимикрияни қо'ллаш органларнинг бир хил ҳужайрали ва ҳужайрадан ташқари қисмларини яратишни о'з ичига олади. Ушбу ёндашув муваффақиятли бо'лиши учун то'қималарни микро миқёсда такрорлаш керак. Шунинг учун микро муҳитни, бу микромуҳитдаги биологик кучларнинг табиатини, функционал ва ёрдамчи ҳужайра турларининг аниқ ташкил этилишини, эрувчанлик омилларини ва ҳужайрадан ташқари матрицанинг таркибини тушуниш керак.

Автоном о'з-о'зини йиг'иш

Биопринтингнинг иккинчи ёндашуви - автоном о'зини о'зи йиг'иш. Бу ёндашув эмбрион орган ривожланишининг физик жараёнига таянади. Ҳужайралар эрта ривожланиш босқичида бо'лганида, улар о'зларининг ҳужайрадан ташқари матрица қурилиш блокларини, тегишли ҳужайра сигнализациясини ва керакли биологик функциялар ва микро-архитектурани та'минлаш учун мустақил тартибга солиш ва нақшларни яратадилар.[13] Автоном о'з-о'зини йиг'иш эмбрионнинг то'қималари ва органларининг ривожланиш техникаси ҳақида аниқ ма'лумотни талаб қилади.[14] "Искаласиз" модел мавжуд бо'либ, у о'з-о'зидан йиг'иладиган сфероидлардан фойдаланади, улар термоядровийга ва ҳужайра тузилишига, ривожланаётган то'қималарга о'хшайди. Автоном о'з-о'зини йиг'иш ҳужайрага гистогенезнинг асосий драйвери сифатида бог'лиқ бо'либ, бу то'қималарнинг қурилиш блокларини, структуравий ва функционал хусусиятларини бошқаради. Бу эмбрион то'қималарининг механизмлари қандай ривожланишини, шунингдек биопринтед то'қималарни яратиш учун о'раб олинган микро муҳитни чуқурроқ тушунишни талаб қилади.[13]