थ्रीडी बायोप्रिन्टिङ प्रयोग गरेर 'वास्तविक' जैविक संरचनाहरू निर्माण गर्दै

थ्रीडी बायोप्रिन्टिङ प्रविधिमा ठूलो प्रगतिमा, कोशिका र तन्तुहरूलाई तिनीहरूको प्राकृतिक वातावरणमा व्यवहार गर्नको लागि सिर्जना गरिएको छ ताकि 'वास्तविक' जैविक संरचनाहरू निर्माण गर्न सकियोस्।

थ्रीडी प्रिन्टिङ एउटा प्रक्रिया हो जसमा सामग्री एकसाथ जोडिन्छ र यसरी तीन-आयामी वस्तु वा संस्था सिर्जना गर्न कम्प्युटरको डिजिटल नियन्त्रणमा जोडिन्छ वा दृढ हुन्छ। र्‍यापिड प्रोटोटाइपिङ र एडिटिभ मैन्युफ्याक्चरिङले जटिल वस्तु वा संस्थाहरूको निर्माणको यस प्रविधिलाई लेयरिङ सामाग्री र क्रमिक रूपमा निर्माण गरी वर्णन गर्न प्रयोग गरिने अन्य शब्दहरू हुन् - वा केवल एक 'एड्टिभ' विधि। यो उल्लेखनीय टेक्नोलोजी 3 मा आधिकारिक रूपमा पत्ता लगाए पछि लगभग तीन दशकको लागि भएको छ, भर्खरै यो प्रोटोटाइपहरू उत्पादन गर्ने माध्यम मात्र होइन तर पूर्ण कार्यात्मक कम्पोनेन्टहरू प्रदान गर्ने रूपमा चर्चा र लोकप्रियतामा जोडिएको छ। यस्तो सम्भावनाको सम्भावना छ 3D प्रिन्टिङले अहिले इन्जिनियरिङ, उत्पादन र औषधिलगायत धेरै क्षेत्रमा प्रमुख आविष्कारहरू गरिरहेको छ।

विभिन्न प्रकारका additive निर्माण विधिहरू उपलब्ध छन् जुन अन्तिम अन्तिम परिणाम प्राप्त गर्न समान चरणहरू पछ्याउँछन्। पहिलो महत्त्वपूर्ण चरणमा, कम्प्युटरमा CAD (कम्प्युटर-एडेड-डिजाइन) सफ्टवेयर प्रयोग गरेर डिजाइन सिर्जना गरिन्छ- जसलाई डिजिटल ब्लुप्रिन्ट भनिन्छ। यो सफ्टवेयरले अन्तिम ढाँचा कसरी बाहिर निस्कन्छ र व्यवहार पनि गर्ने भविष्यवाणी गर्न सक्छ, त्यसैले यो पहिलो चरण राम्रो परिणामको लागि महत्त्वपूर्ण छ। यस CAD डिजाइनलाई त्यसपछि प्राविधिक ढाँचामा रूपान्तरण गरिन्छ (जसलाई .stl फाइल वा मानक टेसेलेसन भाषा भनिन्छ) जुन 3D प्रिन्टरलाई डिजाइनका निर्देशनहरू व्याख्या गर्न सक्षम हुन आवश्यक हुन्छ। अर्को, वास्तविक मुद्रणको लागि 3D प्रिन्टर (नियमित, घर वा कार्यालय 2D प्रिन्टर जस्तै) सेट अप गर्न आवश्यक छ - यसमा साइज र अभिमुखीकरण कन्फिगर गर्ने, ल्यान्डस्केप वा पोर्ट्रेट प्रिन्टहरू छनौट गर्ने, सही पाउडरको साथ प्रिन्टर कारतूसहरू भर्ने समावेश छ। । द थ्रीडी प्रिन्टर त्यसपछि मुद्रण प्रक्रिया सुरु हुन्छ, बिस्तारै एक समयमा सामग्रीको एक माइक्रोस्कोपिक तह डिजाइन निर्माण। यो तह सामान्यतया ०.१ मिमी मोटाईको वरिपरि हुन्छ यद्यपि यसलाई छापिएको विशेष वस्तु अनुरूप अनुकूलित गर्न सकिन्छ। सम्पूर्ण प्रक्रिया प्रायः स्वचालित हुन्छ र कुनै शारीरिक हस्तक्षेप आवश्यक पर्दैन, केवल आवधिक जाँचहरू सही कार्यक्षमता सुनिश्चित गर्न। डिजाइनको आकार र जटिलतामा निर्भर गर्दै, एक विशेष वस्तु पूरा हुन धेरै घण्टा देखि दिन लाग्छ। यसबाहेक, यो एक 'एड्टिभ' विधि भएकोले, यो किफायती, पर्यावरण-मैत्री (कुनै बर्बादी बिना) छ र डिजाइनहरूको लागि धेरै ठूलो अवसर प्रदान गर्दछ।

अर्को स्तर: 3D बायोप्रिन्टिङ

बायोप्रिन्टिङ जैविक जीवन सामग्रीमा थ्रीडी प्रिन्टिङ लागू गर्न हालैका प्रगतिहरूका साथ परम्परागत थ्रीडी प्रिन्टिङको विस्तार हो। जबकि 3D inkjet मुद्रण पहिले नै उन्नत चिकित्सा उपकरणहरू र उपकरणहरू विकास र निर्माण गर्न प्रयोग भइरहेको छ, जैविक अणुहरू छाप्न, हेर्न र बुझ्न एक कदम अगाडि विकास गर्न आवश्यक छ। महत्त्वपूर्ण भिन्नता भनेको इन्कजेट मुद्रणको विपरीत, बायोप्रिन्टिङ बायो-मसीमा आधारित हुन्छ, जुन जीवित कोशिका संरचनाहरू मिलेर बनेको हुन्छ। त्यसोभए, बायोप्रिन्टिङमा, जब एक विशेष डिजिटल मोडेल इनपुट हुन्छ, विशिष्ट जीवित तन्तु छापिन्छ र सेल तहद्वारा तह बनाइन्छ। जीवित शरीरको अत्यधिक जटिल सेलुलर घटकहरूको कारण, 3D बायोप्रिन्टिङ बिस्तारै प्रगति भइरहेको छ र जटिलताहरू जस्तै सामग्री, कोशिकाहरू, कारकहरू, तन्तुहरूको छनौटले थप प्रक्रियात्मक चुनौतीहरू खडा गरिरहेको छ। यी जटिलताहरूलाई अन्तःविषय क्षेत्रहरू जस्तै जीवविज्ञान, भौतिक विज्ञान र औषधिको प्रविधिहरू एकीकृत गरेर बुझाइलाई फराकिलो बनाएर सम्बोधन गर्न सकिन्छ।

बायोप्रिन्टिङमा ठूलो प्रगति

प्रकाशित भएको एक अध्ययनमा उन्नत कार्यात्मक सामग्रीहरू, अनुसन्धानकर्ताहरूले थ्रीडी बायोप्रिन्टिङ प्रविधिको विकास गरेका छन् जसले 'वास्तविक' जैविक संरचनाहरूसँग मिल्दोजुल्दो संरचना वा डिजाइनहरू सिर्जना गर्न प्राकृतिक तन्तुहरू (उनीहरूको मूल वातावरण) मा पाइने कोशिका र अणुहरू प्रयोग गर्छ। यो विशेष बायोप्रिन्टिङ प्रविधिले जटिल बायोमोलेकुलर संरचनाहरू बनाउनको लागि 'आणविक सेल्फ-एसेम्बली' लाई 'थ्रीडी प्रिन्टिङ'सँग जोड्छ। आणविक सेल्फ-एसेम्ब्ली एक प्रक्रिया हो जसद्वारा अणुहरूले एक निश्चित कार्य गर्नको लागि आफ्नै रूपमा परिभाषित व्यवस्था अपनाउछन्। यो प्रविधिले 'संरचनात्मक सुविधाहरूको सूक्ष्म र म्याक्रोस्कोपिक नियन्त्रण' एकीकृत गर्दछ जुन 'थ्रीडी प्रिन्टिङ' ले 'आणविक सेल्फ-एसेम्बली' द्वारा सक्षम 'आणविक र न्यानो-स्केल नियन्त्रण' प्रदान गर्दछ। यसले प्रिन्ट भइरहेका कक्षहरूलाई उत्तेजित गर्न आणविक स्व-विधानसभाको शक्ति प्रयोग गर्दछ, जुन अन्यथा 3D प्रिन्टिङमा सीमितता हो जब नियमित '3D प्रिन्टिङ मसी' ले यसका लागि यो माध्यम प्रदान गर्दैन।

अन्वेषकहरूले 'बायो इन्क' मा 'इम्बेडेड' ढाँचाहरू जुन तिनीहरूको शरीर भित्रको वातावरणसँग मिल्दोजुल्दो छ, संरचनाहरूले शरीरमा जस्तै व्यवहार गर्छन्। यो जैव-मसी, जसलाई सेल्फ-एसेम्बलिङ मसी पनि भनिन्छ, मुद्रणको समयमा र पछि रासायनिक र भौतिक गुणहरूलाई नियन्त्रण वा परिमार्जन गर्न मद्दत गर्दछ, जसले त्यसपछि तदनुसार सेल व्यवहारलाई उत्तेजित गर्न अनुमति दिन्छ। लागू गर्दा अद्वितीय संयन्त्र बायोप्रिन्टिङ हामीलाई यी कोशिकाहरूले तिनीहरूको वातावरणमा कसरी काम गर्छन् भनेर अवलोकन गर्न अनुमति दिन्छ, जसले गर्दा हामीलाई वास्तविक जैविक परिदृश्यको स्न्यापसट र बुझाइ दिन्छ। यसले बहुविध स्केलहरूमा राम्ररी परिभाषित संरचनाहरूमा भेला हुन सक्ने बहुविध प्रकारका बायोमोलिक्युलहरू प्रिन्ट गरेर थ्रीडी जैविक संरचनाहरू निर्माण गर्ने सम्भावना बढाउँछ।

भविष्य धेरै आशावादी छ!

बायोप्रिन्टिङ अनुसन्धान पहिले नै विभिन्न प्रकारका तन्तुहरू उत्पन्न गर्न प्रयोग भइरहेको छ र यसरी प्रत्यारोपणका लागि उपयुक्त तन्तु र अंगहरू - छाला, हड्डी, ग्राफ्ट्स, मुटुको तन्तु आदिको आवश्यकतालाई सम्बोधन गर्न टिस्यु इन्जिनियरिङ र पुनर्जन्म औषधिको लागि धेरै महत्त्वपूर्ण हुन सक्छ। जटिल र विशिष्ट सेल वातावरण जस्ता जैविक परिदृश्यहरू डिजाइन गर्न र सिर्जना गर्न सम्भावनाहरूको विस्तृत श्रृंखला खोल्छ वास्तवमा वस्तुहरू वा निर्माणहरू सिर्जना गरेर टिस्यु इन्जिनियरिङको समृद्धि सक्षम गर्न - डिजिटल नियन्त्रण अन्तर्गत र आणविक परिशुद्धता - जुन शरीरमा ऊतकहरू जस्तै वा नक्कल गर्दछ। जीवित तन्तु, हड्डी, रक्त नलीहरू र, सम्भावित र सम्पूर्ण अंगहरू मोडेलहरू चिकित्सा प्रक्रियाहरू, प्रशिक्षण, परीक्षण, अनुसन्धान र औषधि खोज पहलहरूको लागि सिर्जना गर्न सम्भव छ। अनुकूलित बिरामी-विशिष्ट निर्माणहरूको धेरै विशिष्ट पुस्ताले सही, लक्षित र व्यक्तिगत उपचारहरू डिजाइन गर्न मद्दत गर्न सक्छ।

सामान्य रूपमा बायोप्रिन्टिङ र थ्रीडी इन्कजेट प्रिन्टिङका ​​लागि सबैभन्दा ठूलो बाधा भनेको छपाईको पहिलो चरणमा चुनौती सामना गर्नको लागि उन्नत, परिष्कृत सफ्टवेयरको विकास भएको छ - उपयुक्त डिजाइन वा खाका सिर्जना गर्ने। उदाहरणका लागि, निर्जीव वस्तुहरूको खाका सजिलै सिर्जना गर्न सकिन्छ तर जब यो भनिन्छ, कलेजो वा हृदयको डिजिटल मोडेलहरू सिर्जना गर्ने कुरा आउँछ, यो चुनौतीपूर्ण र धेरै भौतिक वस्तुहरू जस्तै सीधा छैन। बायोप्रिन्टिङका ​​निश्चित रूपमा धेरै फाइदाहरू छन् - सटीक नियन्त्रण, दोहोरिने योग्यता र व्यक्तिगत डिजाइन तर अझै पनि धेरै चुनौतिहरूसँग ग्रसित छ - सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण एउटा स्थानिय संरचनामा बहु सेल प्रकारहरू समावेश गर्नु हो किनभने जीवित वातावरण गतिशील र स्थिर छैन। यस अध्ययनले प्रगतिमा योगदान पुर्‍याएको छ थ्रीडी बायोप्रिन्टिङ र तिनीहरूका सिद्धान्तहरू पालन गरेर धेरै अवरोधहरू हटाउन सकिन्छ। यो स्पष्ट छ कि बायोप्रिन्टिङको वास्तविक सफलतामा धेरै पक्षहरू संलग्न छन्। बायोप्रिन्टिङलाई सशक्त बनाउन सक्ने सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण पक्ष भनेको सान्दर्भिक र उपयुक्त बायोमटेरियलको विकास, मुद्रणको रिजोल्युसनको बृद्धि र यो प्रविधिलाई सफलतापूर्वक क्लिनिकल रूपमा लागू गर्न सक्षम भस्कुलराइजेसन हो। बायोप्रिन्टिङद्वारा मानव प्रत्यारोपणका लागि पूर्ण रूपमा काम गर्ने र व्यवहार्य अंगहरू 'सृजना' गर्न असम्भव देखिन्छ तर तैपनि यो क्षेत्र द्रुत गतिमा अगाडि बढिरहेको छ र केही वर्षहरूमा धेरै विकासहरू अगाडि छन्। बायोप्रिन्टिङसँग जोडिएका धेरैजसो चुनौतीहरूलाई पार गर्न यो प्राप्त गर्न सकिन्छ किनभने अनुसन्धानकर्ताहरू र बायोमेडिकल इन्जिनियरहरू पहिले नै सफल जटिल बायोप्रिन्टिङको बाटोमा छन्।

Bioprinting संग केहि समस्याहरू

को क्षेत्रमा उठाएको एक महत्वपूर्ण बिन्दु बायोप्रिन्टिङ यस चरणमा यो प्रविधि प्रयोग गरेर बिरामीहरूलाई प्रदान गरिने कुनै पनि जैविक 'व्यक्तिगत' उपचारको प्रभावकारिता र सुरक्षा परीक्षण गर्न लगभग असम्भव छ। साथै, त्यस्ता उपचारहरूसँग सम्बन्धित लागतहरू एक ठूलो मुद्दा हो, विशेष गरी जहाँ निर्माण सम्बन्धित छ। मानव अंगहरू प्रतिस्थापन गर्न सक्ने कार्यात्मक अंगहरू विकास गर्न धेरै सम्भव भए पनि, तर पनि, हाल बिरामीको शरीरले नयाँ तन्तु वा कृत्रिम अंगलाई स्वीकार गर्नेछ कि छैन र त्यस्ता प्रत्यारोपणहरू सफल हुन्छन् कि छैनन् भनेर मूल्याङ्कन गर्ने कुनै मूर्ख तरिका छैन। सबै।

बायोप्रिन्टिङ एउटा बढ्दो बजार हो र यसले तन्तु र अंगहरूको विकासमा ध्यान केन्द्रित गर्नेछ र हुनसक्छ केही दशकहरूमा थ्रीडी प्रिन्टेड मानव अंगहरूमा नयाँ परिणामहरू देखिनेछन्। प्रत्यारोपण। 3D बायोप्रिन्टिङ हाम्रो जीवनकालको सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण र सान्दर्भिक चिकित्सा विकास हुन जारी रहनेछ।

***

स्रोत (हरू)

Hedegaard CL 2018। हाइड्रोडायनामिकली गाइडेड हाइरार्किकल सेल्फ-एसेम्बली अफ पेप्टाइड-प्रोटिन बायोइन्क्स। उन्नत कार्यात्मक सामग्रीहरू. https://doi.org/10.1002/adfm.201703716

***