بيوبرنتر

بيوبرنتر هي نوع خاص من الطابعات ثلاثية الأبعاد. على أساس هندسة الأنسجة التي يتحكم فيها الكمبيوتر ، يمكنهم إنتاج الأنسجة أو المصفوفات الحيوية. في المستقبل سيكون من الممكن بمساعدتهم إنتاج الأعضاء والكائنات الحية الاصطناعية.

ما هي الطابعة البيولوجية؟

الطابعات الحيوية هي أجهزة تقنية للطباعة ثلاثية الأبعاد للأنسجة والأعضاء البيولوجية عن طريق نقلها إلى الخلايا الحية. لا يزال هذا المجال من الطباعة ثلاثية الأبعاد في مرحلة تجريبية ويتم التحقيق فيه بشكل أساسي في الدراسات العلمية في الجامعات. الهدف هو خلق إمكانية إنتاج أنسجة وأعضاء وظيفية بديلة يمكن استخدامها في العلاج الطبي.

المصطلح المستخدم للطابعة البيولوجية يسمى bioprinting. يبدأ Bioprinting بالتركيب الأساسي للنسيج أو العضو المستهدف. تستخدم الطابعة الحيوية فقط في بيئة معملية. تخزن الطابعة ثلاثية الأبعاد الخاصة وتشكل طبقات رقيقة من الخلايا عبر رأس الطباعة كنتيجة لذلك. للقيام بذلك ، يتحرك رأس الطابعة الحيوية إلى اليسار أو اليمين أو لأعلى أو لأسفل.

تستخدم الطابعات الحيوية الحبر الحيوي أو سجلات العمليات الحيوية لبناء المواد العضوية. هذه البوليمرات الحيوية مع خلايا من كائنات حية وهيدروجيل بنسبة تصل إلى 90٪ ماء. يجب حساب خاصية التدفق بالضبط. من ناحية أخرى ، يجب أن تكون الكتلة سائلة بدرجة كافية بحيث لا تسد قنيات الحقن ، ومن ناحية أخرى ، يجب أن تكون صلبة بدرجة كافية بحيث يكون هيكل الهدف متينًا.

تشمل الاستخدامات الأخرى للطباعة الحيوية عمليات الزرع والعلاج الجراحي وهندسة الأنسجة والجراحة الترميمية.

الأشكال والأنواع والأنواع

في الوقت الحالي ، يتم استخدام الطابعات البيولوجية بشكل متقطع جدًا في القطاع التجاري. نظرًا لأن الطباعة الحيوية في مرحلة التطوير ، لم يتم التحقق حاليًا من الأنواع الناضجة أو أنواع الطابعات البيولوجية. من حيث المبدأ ، ومع ذلك ، يمكن استخدام أي طابعة ثلاثية الأبعاد للطباعة الحيوية. للقيام بذلك ، يجب استبدال مسحوق PVC المستخدم عادةً بخلايا مناسبة. يتم أيضًا اختبار الطرق التي يمكن من خلالها تطوير طابعات حيوية من طابعات نفث الحبر العادية.

يجب أن يلبي الحبر الحيوي المتطلبات العالية. على سبيل المثال ، يجب أن تفي كل مادة يتم استخدامها للأغراض السريرية بالمتطلبات الدولية الصارمة. قبل أن يتم استخدامها في الطباعة الحيوية ، يجب أن تخضع هذه المواد لسنوات من الاختبار.

الهيكل والوظيفة

يشبه عمل الطابعة الحيوية إلى حد بعيد المبدأ الوظيفي للطابعة ثلاثية الأبعاد العادية. يتم تصنيع القوالب باستخدام الطارد. ومع ذلك ، لا يتم استخدام مسحوق PVC ، كما هو الحال مع الطابعات ثلاثية الأبعاد التقليدية ، ولكن يتم استخدام هلام البوليمر ، والذي يعتمد عادةً على الجينات.

تنتج الطابعات الحيوية الحالية ، التي تُستخدم أحيانًا في الممارسة العملية ، قطيرات ، يحتوي كل منها على ما بين 10000 و 30000 خلية فردية. يجب أن يتحد تنظيم هذه الخلايا الفردية معًا لتشكيل هياكل نسيجية وظيفية على أساس عوامل النمو المقابلة.

تتطلب الطابعات الحيوية التحكم في درجة الحرارة من أجل الطباعة الدقيقة. الطابعات الحيوية الحالية كبيرة من الناحية المكانية ويمكن أن يصل عرضها وطولها وارتفاعها إلى عدة أمتار. يتم التحكم في مكابس المحاقن عن طريق جهاز كمبيوتر موجود عادة خارج الطابعة. أساس هذا هو البيانات المتاحة رقميًا لنموذج ثلاثي الأبعاد. يتم ضغط الحبر الحيوي من ما يصل إلى ثماني فوهات رش ويتم بناء الهيكل المقصود على منصة.

الفوائد الطبية والصحية

في الأساس ، يجب استخدام الطابعات البيولوجية في ثلاثة مجالات على وجه الخصوص: في الطب وصناعة الأغذية والبيولوجيا التركيبية. في الطب ، يمكن تصور استخدام الطابعات البيولوجية في المجالات الفرعية للعلاج الجراحي والجراحة الترميمية والتبرع بالأعضاء وعمليات الزرع.هناك ميزة كبيرة واضحة ، خاصة مع أعضاء من الطابعات البيولوجية: التكيف الدقيق مع الجسم المخصص للزرع. وبهذه الطريقة يمكن إيقاف البحث عن العضو المتبرع المناسب والمناسب للجسم المستقبل.

من المتوقع في الجراحة الترميمية التبسيط والتحسين. يمكن تصور الإجراءات هنا حيث يتم أخذ خلايا من المريض من أجزاء مختلفة من الجسم - مثل الأذنين والأصابع والركبتين. يتم نشر هذه الخلايا في المختبر. ثم يضاف البوليمر الحيوي. يمكن للطابعة الحيوية من الناحية النظرية بناء عملية زرع من مثل هذا التعليق. يستخدم هذا للمريض. ثم تقوم خلايا الجسم بتفكيك البوليمر الحيوي بمرور الوقت. قد تكون الميزة الخاصة هي أن الجسم لا يرفض عملية الزرع. علاوة على ذلك ، يمكن أن ينمو مثل هذا الزرع مع الجسم. سبب هذه الخاصية الإيجابية هو أن الزرع مرتبط بالتحكم في نمو المريض.

يستمر مجال البحث في استخدام الطابعات الحيوية في الطب في النمو. في الوقت الحالي ، يمكن تصور إجراء ترقيع من الغضروف ، مثل الأنف. يعتبر إنتاج أعضاء الجسم أكثر أهمية. على وجه الخصوص ، لا يمكن حاليًا تخيل عدد الشعيرات الدموية المطلوبة لتزويد الأعضاء بالدقة المطلوبة. يمكن أن تنشأ مشكلة أخرى من حقيقة أنه في مثل هذه الهياكل المعقدة مثل أعضاء الجسم ، يجب تنسيق الخلايا المختلفة والتواصل مع بعضها البعض حتى تتمكن من أداء وظائف مختلفة.

يمكن أيضًا استخدام الطابعات الحيوية لإنتاج اللحوم في صناعة الأغذية. وفقًا لبياناتهم الخاصة ، نجحت الشركات الأولى بالفعل في طباعة هذه المنتجات. يجب أن تكون لذيذة وأقل تكلفة من الذبح. ومع ذلك ، لا يوجد لحوم مطبوعة بالطباعة الحيوية متوفرة حاليًا في المتاجر.