Biyoyazıcılar ve Biyolojik Baskı Nedir ?

Bir tür 3D baskı olan Biyolojik baskılar , 3D biyolojik yapıları üretmek için hücreleri ve diğer biyolojik maddeleri “mürekkep” olarak kullanır. A 3D printer prints out a heart. belekekin / Getty Images.

Biyo baskı materyaller insan vücudundaki hasarlı organları, hücreleri ve dokuları tamir etme potansiyeline sahiptir. Gelecekte biyolojik baskı, tüm organları sıfırdan oluşturmak için kullanılabilir, bu da biyolojik baskı alanını değiştirebilir.

Araştırmacılar, kök hücreler, kas hücreleri ve endotel hücreleri dahil olmak üzere birçok farklı hücre tipinin biyo-baskısını incelediler.

Bir materyalin biyo baskı olup olmadığını birkaç faktör belirler. İlk olarak, biyolojik materyaller mürekkep ve yazıcının kendisiyle ilgili materyallerle biyolojik olarak uyumlu olmalıdır. Ek olarak, basılı yapının mekanik özellikleri, ayrıca organ veya dokunun olgunlaşması için gereken süre de süreci etkiler.

Biyoürünler genellikle iki tipten birine girer:

Su bazlı jeller veya hidrojeller, hücrelerin gelişebileceği 3D yapılar olarak işlev görür. Hidrojeller içeren hücreler, tanımlanmış şekillere basılır ve hidrojellerdeki polimerler, birbirine birleştirilir veya "çapraz bağlanır", böylece baskılı jel daha kuvvetlenir. Bu polimerler doğal olarak türetilebilir veya sentetik olabilir, ancak hücrelerle uyumlu olmalıdır.

Baskıdan sonra dokulara kendiliğinden bir araya gelen hücrelerin agregatları.

BİYOBASKILAR NASIL ÇALIŞIR?

Ön işleme: Biyopreslenecek organa veya dokunun dijital rekonstrüksiyonuna dayanan bir 3D model hazırlanır. Bu rekonstrüksiyon, invaziv olmayan (örneğin bir MRI ile) yakalanan görüntülere veya X-ışınları ile görüntülenen bir dizi iki boyutlu dilimler gibi daha invaziv bir işlem yoluyla oluşturulabilir.

İşleme: Ön işleme aşamasında 3D modele dayalı doku veya organ yazdırılır. Diğer 3D baskı türlerinde olduğu gibi, malzemeyi basmak için malzeme katmanları art arda eklenir.

İşlem sonrası : Baskıyı fonksiyonel bir organ veya dokuya dönüştürmek için gerekli işlemler yapılır. Bu prosedürler, baskının hücrelere doğru ve hızlı bir şekilde olgunlaşmasına yardımcı olan özel bir odaya yerleştirilmesini içerebilir.

BİYOYAZICILARIN TİPLERİ

Mürekkep esaslı biyoyazıcılar, Bir mürekkep püskürtmeli yazıcıyla bir tasarım yazdırıldığında, kağıdın üzerine çok sayıda küçük uçtan mürekkep püskürtülür. Bu, çok küçük olan, gözle görülemeyen birçok damlacıktan oluşan bir görüntü oluşturur. Araştırmacılar, mürekkep püskürtme uçlarını mürekkep püskürtmek için ısı veya titreşim kullanan yöntemler de dahil olmak üzere, biyoprinting için mürekkep püskürtmeli baskıya uyarladılar. Bu biyoyazıcılar diğer tekniklere göre daha ekonomiktir, ancak basılabilen materyal türlerini kısıtlayabilen düşük viskoziteli biyo-ürünler ile sınırlıdır.

Lazer destekli biyoyazıcılar , hücreleri bir solüsyondan yüksek hassasiyetli bir yüzeye taşımak için bir lazer kullanır. Lazer solüsyonun bir kısmını ısıtır, bir hava cebi oluşturur ve hücreleri bir yüzeye doğru

kaydırır. Bu teknik, mürekkep bazlı biyoyazıcılar gibi küçük uçlar gerektirmediğinden, uçlardan kolayca geçemeyen yüksek viskoziteli malzemeler kullanılabilir. Lazer destekli biyoyazıcılar ayrıca çok hassas baskıya olanak tanır. Bununla birlikte, lazerden gelen ısı, yazdırılan hücrelere zarar verebilir. Dahası, teknik, büyük miktarlarda yapıları hızlı bir şekilde basmak için kolaylıkla "ölçeklendirilemez".

Ekstrüzyon temelli biyoyazıcılar , sabit şekiller oluşturmak için malzemeyi bir uçtan dışarı itmek için basınç kullanır. Bu yöntem nispeten çok yönlüdür: farklı viskozitelere sahip biyomateryaller basıncı ayarlayarak basılabilir, ancak daha yüksek basınçların hücreye zarar verme olasılığı daha yüksek olduğundan dikkat edilmelidir. Ekstrüzyon temelli biyoyazıcılar , muhtemelen üretim için ölçeklendirilebilir, ancak diğer teknikler kadar kesin olmayabilir.

BİYOYAZICILARIN UYGULAMALARI

Biyolojik baskı, biyolojik yapıların hassas bir şekilde yapılmasını sağladığı için, teknik biyomedikalde birçok kullanım alanı bulabilir.

Araştırmacılar kalp krizinden sonra kalbi onarmanın yanı sıra yaralı deri veya kıkırdağa hücreler yerleştirmek için hücrelerin tanıtımı için biyoyazıcı kullanmışlardır. Biyoyazıcı, kalp hastalığı olan hastalarda kas ve kemik dokuları oluşturmak ve kalplerin onarılmasına yardımcı olmak için kalp kapakçıkları üretmek için kullanılmıştır.

Bu sonuçların klinik ortamda nasıl performans göstereceğini belirlemek için daha fazla çalışma yapılması gerekmesine rağmen, araştırma, biyoyazıcıların cerrahi sırasında veya yaralanma sonrası dokuların yenilenmesine yardımcı olmak için kullanılabileceğini göstermektedir. Biyoyazıcılar gelecekte, karaciğer veya kalp gibi organların tümüyle çizilmeleri ve organ nakillerinde kullanılmasını sağlayabilir.

4D BİYOYAZICILAR

3D biyoyazıcılara ek olarak, bazı gruplar, zamanın dördüncü boyutunu dikkate alan 4D biyoyazıcıda incelediler. 4D biyoyazıcı , basılmış 3D yapıların, basıldıktan sonra bile zaman içinde gelişmeye devam edebileceği fikrine dayanır. Yapılar, ısı gibi doğru uyarana maruz kaldıklarında şekillerini ve / veya işlevlerini değiştirebilirler. 4D biyoyazıcı , bazı biyolojik yapıların nasıl katlandığı ve yuvarlandığından yararlanarak kan damarları yapmak gibi biyomedikal alanlarda kullanılabilir.

GELECEK

Biyolojik baskı, gelecekte pek çok hayat kurtarmaya yardımcı olsa da, bazı zorlukların ele alınması gerekiyor. Örneğin, basılı yapılar zayıf olabilir ve vücut üzerinde uygun yere transfer edildikten sonra şeklini koruyamazlar. Ayrıca, dokular ve organlar, çok hassas şekillerde düzenlenen birçok farklı hücre tipini içeren karmaşıktır. Mevcut baskı teknolojileri, bu karmaşık mimarileri çoğaltamayabilir.

Son olarak, mevcut teknikler belirli materyal türleri, sınırlı bir viskozite aralığı ve sınırlı hassasiyetle de sınırlıdır. Her teknik, hücrelere ve basılan diğer materyallere zarar verme potansiyeline sahiptir. Araştırmacılar gittikçe zorlaşan mühendislik ve tıbbi sorunların üstesinden gelmek için biyolojik baskı geliştirmeye devam ettikçe bu konular ele alınacaktır.

References

Beating, pumping heart cells generated using 3D printer could help heart attack patients, Sophie Scott and Rebecca Armitage, ABC.
Dababneh, A., and Ozbolat, I. “Bioprinting technology: A current state-of-the-art review.” Journal of Manufacturing Science and Engineering, 2014, vol. 136, no. 6, doi: 10.1115/1.4028512.
Gao, B., Yang, Q., Zhao, X., Jin, G., Ma, Y., and Xu, F. “4D bioprinting for biomedical applications.” Trends in Biotechnology, 2016, vol. 34, no. 9, pp. 746-756, doi: 10.1016/j.tibtech.2016.03.004.
Hong, N., Yang, G., Lee, J., and Kim, G. “3D bioprinting and its in vivo applications.” Journal of Biomedical Materials Research, 2017, vol. 106, no. 1, doi: 10.1002/jbm.b.33826.
Mironov, V., Boland, T., Trusk, T., Forgacs, G., and Markwald, P. “Organ printing: computer-aided jet-based 3D tissue engineering.” Trends in Biotechnology, 2003, vol. 21, no. 4, pp. 157-161, doi: 10.1016/S0167-7799(03)00033-7.
Murphy, S., and Atala, A. “3D bioprinting of tissues and organs.” Nature Biotechnology, 2014, vol. 32, no. 8, pp. 773-785, doi: 10.1038/nbt.2958.

Seol, Y., Kang, H., Lee, S., Atala, A., and Yoo, J. "Bioprinting technology and its applications." European Journal of Cardio-Thoracic Surgery, 2014, vol. 46, no. 3, pp. 342-348, doi: 10.1093/ejcts/ezu148.
Sun, W., and Lal, P. “Recent development on computer aided tissue engineering – a review.” Computer Methods and Programs in Biomedicine, vol. 67, no. 2, pp. 85-103, doi: 10.1016/S0169-2607(01)00116-X.

Kaynak: https://www.thoughtco.com/what-is-bioprinting-4163337

Çeviren ve Derleyen: Merve Erman

#biyoyazıcılar #biyolojik #baskı #nedir