3D bioprinting จากโครงสร้างสู่การทำงาน

การพิมพ์ชีวภาพ 3 มิติเป็นเทคโนโลยีที่ใช้เครื่องพิมพ์ชีวภาพ 3 มิติเพื่อสร้างโครงเซลล์ จากนั้นจึงเพาะเซลล์ลงในโครงเพื่อให้เซลล์เติบโต การพิมพ์ทางชีวภาพใช้วิธีการผลิตทีละชั้นโดยใช้หมึกชีวภาพเพื่อสร้างโครงเซลล์ที่เลียนแบบเนื้อเยื่อที่มีชีวิตและสามารถสร้างโครงสร้างเนื้อเยื่อ 3 มิติที่ควบคุมได้อย่างแม่นยำด้วยความซับซ้อนที่เหมือนเนื้อเยื่อ มีการใช้งานที่ยอดเยี่ยมในด้านการแพทย์และวิศวกรรมเนื้อเยื่อ ปัจจุบันการพิมพ์ชีวภาพสามารถใช้พิมพ์เนื้อเยื่อและอวัยวะเพื่อทดสอบยาได้ เช่นเดียวกับการทำโครงเซลล์ นั่งร้านเหล่านี้สามารถใช้ในเทคนิคการสร้างกระดูกอ่อนข้อต่อหรือเส้นเอ็น

1. แนวคิดของการพิมพ์ชีวภาพ 3 มิติ

ด้วยการพัฒนาการพิมพ์ 3 มิติทางชีวภาพ แนวคิดของเครื่องพิมพ์ยังถูกขยายและขยายอย่างต่อเนื่องอีกด้วย ปัจจุบันการพิมพ์ 3 มิติทางชีวภาพสามารถแบ่งออกเป็นสองแนวคิด: กว้างและแคบ ในความหมายกว้าง การพิมพ์ 3 มิติที่ทำหน้าที่โดยตรงในด้านชีวการแพทย์ถือได้ว่าเป็นหมวดหมู่ของการพิมพ์ไบโอ-3D ในขณะที่ในความหมายที่แคบ กระบวนการจัดการไบโออิงค์ที่ประกอบด้วยเซลล์เพื่อสร้างโครงสร้างที่เคลื่อนไหวมักจะเป็น เรียกว่าไบโอ-3D การพิมพ์

※ ในความหมายกว้าง การพิมพ์ 3 มิติทางชีวภาพสามารถแบ่งคร่าวๆ ได้เป็น 4 ระดับ:

① การผลิตโครงสร้างที่ไม่มีข้อกำหนดด้านความเข้ากันได้ทางชีวภาพ เช่น การพิมพ์ 3 มิติของผลิตภัณฑ์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการวางแผนเส้นทางการผ่าตัดในปัจจุบัน

② การผลิตผลิตภัณฑ์ที่ไม่สามารถย่อยสลายได้โดยมีข้อกำหนดด้านความเข้ากันได้ทางชีวภาพ เช่น ข้อต่อโลหะผสมไททาเนียม ซิลิโคนเทียมสำหรับตัวซ่อมแซมข้อบกพร่อง ฯลฯ

③ การผลิตข้อกำหนดความเข้ากันได้ทางชีวภาพ ผลิตภัณฑ์ที่ย่อยสลายได้ เช่น กระดูกเซรามิกที่ใช้งาน ขดลวดหลอดเลือดที่ย่อยสลายได้ เป็นต้น

④Narrow bio-3D printing กล่าวคือ การจัดการเซลล์ที่มีชีวิตเพื่อสร้างเนื้อเยื่อสามมิติแบบ biomimetic เช่น การพิมพ์แบบจำลองเซลล์สำหรับการคัดกรองยาและการวิจัยกลไก หน่วยของตับ ผิวหนัง หลอดเลือด เป็นต้น กระบวนการของการจัดการ เซลล์ในชีวภาพ-3การพิมพ์ D สามารถเรียกได้ว่าการพิมพ์เซลล์ ( การพิมพ์เซลล์)

※ ในความหมายที่แคบ แนวคิดของการพิมพ์เซลล์และการพิมพ์ชีวภาพ-3D สามารถแลกเปลี่ยนกันได้ นอกจากนี้ บางครั้งก็เห็นการพิมพ์อวัยวะ

แนวคิดของการพิมพ์อวัยวะ โดยปกติแล้ว แนวคิดนี้สามารถพิจารณาว่าใช้แทนกันได้กับการพิมพ์เซลล์และการพิมพ์ 3 มิติทางชีวภาพในความหมายที่แคบ

2. วัสดุหลักของ 3D Bioprinting คือ bioink

สิ่งมีชีวิตในการพิมพ์ 3 มิติส่วนใหญ่ใช้หมึกชีวภาพเพื่อสร้างเนื้อเยื่อที่มีชีวิตเลียนแบบ ขั้นแรกไบโอหมึกต้องมีฤทธิ์ทางชีวภาพที่ดีมาก คล้ายกับสภาพแวดล้อมของเมทริกซ์นอกเซลล์ในร่างกาย ซึ่งช่วยอำนวยความสะดวกในการพัฒนาเซลล์ที่พิมพ์ออกมาต่อไป และสร้างการสื่อสารระหว่างเซลล์

ในปัจจุบัน bioinks มีสี่ประเภทหลัก: การเชื่อมขวางด้วยไอออน, ไวต่ออุณหภูมิ, ไวแสงและการทำให้ผอมบาง:

◆ ชนิดเชื่อมขวางไอออนิกส่วนใหญ่ตระหนักถึงการบ่มของไฮโดรเจลผ่านปฏิกิริยาเชื่อมขวางไอออนิก เช่น หมึกชุดอัลจิเนต เมื่อโซเดียมไอออนในโซเดียมอัลจิเนตถูกแทนที่ด้วยแคลเซียมไอออน จะได้รับแคลเซียมอัลจิเนตไฮโดรเจล .

◆ หมึกที่ไวต่ออุณหภูมิส่วนใหญ่ตระหนักถึงการเปลี่ยนจากสถานะโซลไปเป็นสถานะเจลโดยการให้ความร้อนหรือความเย็น เช่น หมึกเจลาติน เมื่อพิมพ์ จำเป็นต้องให้ความร้อนหัวฉีดเพื่อละลายเจลาติน และทำให้แท่นพิมพ์ด้านล่างเย็นลงเพื่อให้ได้การตั้งค่าเจลาติน ;

◆ หมึกไวแสงส่วนใหญ่ใช้แสงเพื่อกระตุ้น photoinitiator ในหมึก เพื่อให้ทราบถึงการเปลี่ยนแปลงของหมึกจากสถานะโซลไปเป็นสถานะเจล -GM series) วัสดุ

◆ หมึกพิมพ์เฉือนเฉือนส่วนใหญ่ใช้ปรากฏการณ์ที่ความหนืดปรากฏของวัสดุบางชนิดลดลงตามการเพิ่มขึ้นของแรงเฉือน ในสถานะโซล เช่น กาวคาร์โบเมอร์บวกเจลมาหรือคอลลาเจนถูกใช้เพื่อสร้างไบโออิงค์

3. กระบวนการ 3D Bioprinting

ตามหลักการขึ้นรูปและวัสดุการพิมพ์ที่แตกต่างกัน เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติทางชีวภาพสามารถแบ่งออกเป็น 3DP, SLS, FDM, การพิมพ์ SLA เป็นต้น

4. การประยุกต์ใช้ 3D Bioprinting

เนื่องจากการพิมพ์ชีวภาพแบบ 3 มิติไม่เพียงแต่สามารถผลิตโครงสร้างที่มีรูปร่างเฉพาะเท่านั้น แต่ยังให้สภาพแวดล้อมการเพาะเลี้ยงสามมิติสำหรับเซลล์ด้วย การพิมพ์ชีวภาพ 3 มิติจึงมีการใช้งานที่หลากหลายในการผลิตเนื้อเยื่อและอวัยวะ ปัจจุบัน ส่วนใหญ่จะใช้ในกระดูกอ่อน ผิวหนัง หลอดเลือด แบบจำลองเนื้องอก และอวัยวะที่ซับซ้อนอื่นๆ พิมพ์.

5. อนาคตของการพิมพ์ชีวภาพ 3 มิติ

3D bioprinting เป็นเทคโนโลยีใหม่ที่ผสมผสานการผลิตทางชีวภาพและการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ เป็นเทคโนโลยีที่ทันสมัยของสหสาขาวิชาชีพ เช่น เครื่องจักร วัสดุ ชีววิทยา และการแพทย์ เป็นแนวทางใหม่สำหรับการวิจัยในสาขาวิศวกรรมเนื้อเยื่อและเวชศาสตร์ฟื้นฟู ปัจจุบัน Bioprinting มีความก้าวหน้าอย่างมากในการเตรียมไบโอหมึก การวิจัยและพัฒนากระบวนการพิมพ์ การพัฒนาอุปกรณ์การพิมพ์ และการวิจัยการใช้งานทางการแพทย์ แต่ในปัจจุบัน งานวิจัยเหล่านี้ส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การแก้ปัญหาด้านการผลิต ความก้าวหน้าในการทำงานและการใช้งาน