Οι ερευνητές δοκιμάζουν συχνά πειραματικές φαρμακευτικές θεραπείες χρησιμοποιώντας ανθρώπινους ιστούς που έχουν αναπτυχθεί στο εργαστήριο. Δυστυχώς, η δημιουργία αυτών των υλικών μπορεί να είναι περίπλοκη και δαπανηρή, οδηγώντας πολλούς ερευνητές να στραφούν σε εναλλακτικές προσεγγίσεις όπως η τρισδιάστατη βιοεκτύπωση – η ίδια μια αργή, επίπονη διαδικασία. Τώρα, ωστόσο, ένα νέο σύστημα εκτύπωσης δείχνει υπόσχεση για δραματική μείωση του χρόνου που απαιτείται για τη δημιουργία δειγμάτων ιστού εργαστηριακής ποιότητας. Και αντί να στρώνει ευαίσθητο κυψελοειδές υλικό, το εργαλείο βασίζεται σε ακουστικά κύματα για τη συναρμολόγηση μιας ευρείας σειράς βιολογικών συστατικών.
Μια ομάδα βιοϊατρικής μηχανικής στο Εργαστήριο Collins BioMicrosystems του Πανεπιστημίου της Μελβούρνης σχεδίασε πρόσφατα ένα νέο μηχάνημα ικανό για αυτό που αποκαλούν «δυναμική εκτύπωση διεπαφής». Όπως αναφέρεται αναλυτικά σε μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Φύσηο τρισδιάστατος βιοεκτυπωτής μπορεί ήδη να παράγει δείγματα που κυμαίνονται από μαλακή εγκεφαλική ύλη έως πυκνότερα οστά και χόνδρο, ενώ ξεπερνά πολλά τρέχοντα εμπόδια στη βιομηχανία.
«Όπως ένα αυτοκίνητο απαιτεί τα μηχανικά εξαρτήματά του να είναι διατεταγμένα με ακρίβεια για σωστή λειτουργία, έτσι και τα κύτταρα στους ιστούς μας πρέπει να οργανωθούν σωστά», δήλωσε ο David Collins, επικεφαλής του Collins BioMicrosystems Laboratory. προφίλ του πανεπιστημίου. «Οι τρέχοντες τρισδιάστατοι βιοεκτυπωτές εξαρτώνται από τα κύτταρα που ευθυγραμμίζονται φυσικά χωρίς καθοδήγηση, γεγονός που παρουσιάζει σημαντικούς περιορισμούς. Αυτά τα ζητήματα συχνά περιλαμβάνουν τυχαία καταστροφή των κυττάρων κατά την εκτύπωση, καθώς και περιορισμούς στην πολυπλοκότητα της δομής του ιστού.»
«Η λανθασμένη τοποθέτηση κυττάρων είναι ένας μεγάλος λόγος που οι περισσότεροι τρισδιάστατοι βιοεκτυπωτές αποτυγχάνουν να παράγουν δομές που αντιπροσωπεύουν με ακρίβεια τον ανθρώπινο ιστό», πρόσθεσε ο Collins.
[Related: Scientists have 3D bioprinted functioning human brain tissue.]
Η τυπική βιοεκτύπωση απαιτεί επίσης μια διαδικασία δύο σταδίων. Πρώτον, ο εξοπλισμός κατασκευάζει αργά μια δομή από ζωντανά κύτταρα στρώμα-στρώμα, συχνά κατά τη διάρκεια αρκετών ωρών. Αυτός ο χρόνος συχνά απειλεί τη βιωσιμότητα των κυττάρων λόγω της έκθεσής τους στο εργαστήριο. Μόλις ολοκληρωθεί, οι ερευνητές πρέπει στη συνέχεια να μεταφέρουν φυσικά ιστούς από τον εκτυπωτή σε εργαστηριακές πλάκες για απεικόνιση και ανάλυση. Αυτό το τελικό στάδιο οδηγεί συχνά σε βλάβη στις κυτταρικές καλλιέργειες που τις καθιστά άχρηστες.
Ο τρισδιάστατος εκτυπωτής της ομάδας του, ωστόσο, προσφέρει μια εναλλακτική που είναι και ασφαλέστερη, πιο προσαρμόσιμη και πολύ πιο γρήγορη. Σε αντίθεση με τις περισσότερες στρατηγικές τρισδιάστατης εκτύπωσης, η νέα συσκευή χρησιμοποιεί ηχητικά κύματα για να δονεί μικροσκοπικές φυσαλίδες προς τις επιθυμητές κατευθύνσεις για να τακτοποιήσει συγκεκριμένα κελιά. Μόλις τοποθετηθούν στη θέση τους, οι ερευνητές μπορούν να χειριστούν αυτές τις δομές βάσης για να αναπτυχθούν και να ωριμάσουν σε πιο πολύπλοκους ανθρώπινους ιστούς.
Η ταχύτητα με την οποία ο βιοεκτυπωτής ολοκληρώνει αυτές τις εργασίες είναι επίσης εκθετικά ταχύτερη από τους τρισδιάστατους εκτυπωτές που βασίζονται σε στρώματα. Με ρυθμό περίπου 350 φορές μεγαλύτερο από τον ρυθμό των παραδοσιακών επιλογών, η νέα μέθοδος χρειάζεται μόνο λίγα δευτερόλεπτα για να ολοκληρώσει μια εργασία. Ένα άλλο πλεονέκτημα προέρχεται από την ικανότητά του να εκτυπώνει απευθείας σε μια πλάκα εργαστηρίου, διασφαλίζοντας ότι οι αναπτύξεις ιστών παραμένουν αδιατάρακτοι, αποστειρωμένοι και λιγότερο επιρρεπείς σε βλάβες.
Ο Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου της Μελβούρνης πιστεύουν ότι με πρόσθετες δοκιμές και βελτιώσεις, οι ιατρικές εγκαταστάσεις μπορεί μια μέρα να διαθέτουν τρισδιάστατους βιοεκτυπωτές ικανούς να χρησιμοποιούν τα συλλεγμένα κύτταρα ενός ασθενούς για να παράγουν εκατοντάδες μικροσκοπικά μοντέλα της συγκεκριμένης νόσου μέσα σε λίγα μόνο λεπτά.
VIA: popsci.com
