Biyo-baskı: canlı, işlevsel organların basılması. İnanılmaz!

Merhaba!

Bu kez size 3D baskının diğer dallarından ayrı duran ve kesinlikle şaşırtıcı olan bir dalından bahsetmek istiyorum, şimdiden canlı fonksiyonel dokuları ve basit de olsa bütün organları 3D olarak basmamıza izin veriyor. Buna biyo-baskı deniyor. Elbette tıpta 3D baskının organ ve doku basmaktan başka kullanım alanları da var ve bunlardan da bahsedeceğim. Haydi başlayalım!

Canlı doku ve organların basılması: nasıl çalışır?

Bırakın canlı ve işleyen bir organı, mevcut teknolojiler ve çözünürlüklerle bile insan dokusu kadar karmaşık bir şeyin basılabileceğine inanmak ilk başta zor. Peki bu nasıl yapılıyor?

Dahi olan her şey gibi cevap da çok basit... yani pratik açıdan basit. Şaşırtıcı bir şekilde, doğa devreye girer ve işin çoğunu yapar.

Peki biyoyazıcılar nasıl görünüyor? En azından konsept olarak, piyasadaki diğer 3D yazıcıların çoğundan bile daha basittirler. Yukarıda bir biyoyazıcının olası konseptlerinden birinin resmini görebilirsiniz. Resimde tasvir edilen neredeyse bir insan kalbi basmış ve yakında nakil için hazır olacak. Bu biyo-baskı makinesi, istenen deseni (metin ya da resim) oluşturmak için püskürtme uçlarından mürekkep püskürterek baskı yapan basit bir mürekkep püskürtmeli yazıcıya benziyor ve bu şekilde çalışıyor. Aslında, bazı araştırmacılar ve biyo-baskı öncüleri, canlı doku basma görevi için yeniden yapılandırılmış mürekkep püskürtmeli yazıcılar kullanmaktadır. Bu tür biyoyazıcılar kağıda mürekkep püskürtmek yerine, basılı dokuyu oluşturacak canlı hücrelerin çözeltisini, genellikle gelecekteki organın hala "sıvı" haldeyken şeklini korumasına yardımcı olan jel benzeri bir madde olan bir destek yapısıyla birlikte püskürtmektedir. Çözelti ve destek maddesi, mürekkep püskürtmeli yazıcılar ile biyo-baskı makineleri arasındaki bariz benzerlikten yararlanılarak, sıklıkla sırasıyla biyo-mürekkep ve biyo-kağıt olarak adlandırılır.

Ama bu nasıl işe yarayabilir? Canlı hücre çözeltisi damlacıklarından basitçe 3 boyutlu bir yapı oluşturarak ne elde edeceğiz? Bırakın işleyen bir organı, herhangi bir canlı dokunun yapısı bile o kadar karmaşıktır ki... İşte burada doğa devreye girer. Damlacıklar yavaş yavaş birleşerek istenen şekli oluşturuyor ve ardından hücreler, her birinde kodlanmış genetik programları izleyerek kendilerini düzenlemeye ve hizalamaya başlıyor, böylece baskı işlemi tarafından önceden tanımlanmış bir şekle sahip işlevsel bir canlı doku oluşturuyor. Son olarak, biyo-kağıt çözülür veya başka bir şekilde çıkarılır ve geriye nihai bir biyo-baskılı organ veya doku kalır.

Püskürtülen çözeltinin her bir damlası çok sayıda hücre içerebilir. Örneğin, Organovo'nun NovoGen MMX biyoyazıcısı, her biri on binlerce hücre içeren biyomürekkep sferoidleri bırakır. Aşağıdaki resim biyo-baskı sürecinin iyi bir örneğini sunmaktadır: biyo-mürekkep damlacıkları bir biyo-kağıt jel tabakasına basıldıktan sonra, başka bir biyo-kağıt tabakası uygulanır ve süreç yeniden başlar, gelecekteki organı aşağıdan yukarıya doğru inşa eder, ardından "olgunlaşması" için kendi haline bırakılır.

Ayrıca, biyomürekkep farklı türlerde hücreler içerebilir ve baskı tamamlandıktan sonra bu hücreler işlevlerine göre ayrılırlar. Örneğin, deneysel kan damarları endotel, fibroblast ve düz kas hücrelerinin bir karışımını içeren biyomürekkep sferoidleri ile basılmıştır. Biyoyazıcı tarafından ihtiyaç duyulan yere yerleştirildikten sonra, dışarıdan herhangi bir müdahale veya yardım olmaksızın, endotel hücreleri basılan kan damarının iç kısmına göç eder, düz kas hücreleri orta tabakayı işgal ederken, fibroblastlar dışarıya doğru hareket eder.

Organovo'nun biyo-mürekkep baskı teknolojisini kullanarak açıkça gösterdiği gibi, ihtiyaç duyulan hücreler biyo-yazıcıya yerleştirildikten sonra geleceğin organını en ince ayrıntısına kadar yazdırmak gerekli değildir. kabaca Doğru yerde, doğa işi devralır ve tamamlar.

Bir organ oluşturmak için 3D yazıcı kullanmanın gerekli olmadığına dikkat etmek önemlidir. 3D yazıcılar sadece hücreleri olmaları gereken yere yerleştirir ve geometri ne kadar karmaşık olursa o kadar kullanışlı olurlar. Bununla birlikte, hücrelerin istenen şekli almasını sağlamak için başka yollar kullanmak da mümkündür. Örneğin, çözünebilir malzemeden bir tür iskele oluşturulabilir ve hücre çözeltisi ile ıslatılabilir ya da özel bir kalıp oluşturulabilir. Daha sonra, böyle bir kalıp veya iskele, özel bir çözünebilir malzeme ile 3D yazıcıda basılabilir ve daha sonra canlı hücrelerle kaplanabilir.

https://www.youtube.com/watch?v=ibtXFG2c42A

Bu videoda olduğu gibi şeker bile bir iskelenin çıktısını almak için kullanılabilir:

Baskı organları

Organovo uzmanları, böbreğin baskı ve nakil için yaygın olarak kullanılabilir hale gelen ilk organ olacağına inanıyor. Bunun nedeni böbreğin işlevsel açıdan oldukça basit olmasıdır. Aslında, kandaki atık ürünleri temizleyebildiği sürece, basılı bir böbreğin doğal bir böbrek gibi görünmesi bile gerekmiyor. Bazı insanlar, gelecekte karaciğer gibi yeni organların basılabilmesinin, insanları sağlıklarına daha az özen gösterir hale getireceğini ve çok miktarda alkol içmek gibi çeşitli sağlıksız alışkanlıkları teşvik edeceğini düşünüyor.

Herkesin gidip nakil için 3D yazdırılacak yeni bir kalp sipariş edebilmesi için biraz zaman geçmesi gerekecek, belki de birkaç on yıl, ancak bilim adamları ve doktorlar bu geleceği dört gözle bekliyorlar, çünkü talep üzerine yeni organlar yazdırma yeteneği çok sayıda hayat kurtarmalarını ve pek çok sorunu çözmelerini sağlayacak. Örneğin organ reddi gibi. Bir organ bir donörden alındığında, nakilden sonra hastanın organizması tarafından sıklıkla reddedilir: organizma onu yabancı bir şey olarak tanır ve kendini iyileştirmek yerine onunla savaşır. 3D baskılı organlarda böyle bir sorun olmayacaktır, çünkü hastanın kendi hücrelerinden basılacak, ondan alınacak ve özel bir ortamda çoğaltılacaktır.

Ayrıca donör bekleme sorunu da çözülmüş olacaktır. Örneğin kalp nakline ihtiyaç duyan insan sayısı donör sayısından çok daha fazla ve bu nedenle hastalar çok uzun süre beklemek zorunda kalıyor ki bu da kendi kalbiniz iflas ettiğinde iyi bir şey değil.

Uyuşturucu testleri için doku örneklerinin basılması

Organ nakli için organ basma fikri ne kadar büyüleyici olsa da henüz zamanı gelmedi. Bununla birlikte, biyo-baskı halihazırda çok önemli bir başka amaç için, çeşitli yeni ilaçların test edilmesi için yaygın olarak kullanılmaktadır.

Mesele şu ki, yeni bir ilacın geliştirilip piyasaya sürülebilmesi için etkinliğini kanıtlaması gerekiyor ve daha önceki aşamalarda test edilen yeni ilaç adaylarının çoğu, hatta neredeyse tamamı tüm testleri geçemiyor. Standartlar yüksektir ve çalışma oldukça yorucudur. Geleneksel yöntem, yeni bir ilaç adayını Petri kabındaki bazı hücreler üzerinde test etmek, ardından (başarılı olması halinde) hayvanlar üzerinde denemek ve son olarak da insanlar üzerinde denemektir. Çok az sayıda madde gerekli tüm testleri geçebilmektedir ve ilaçların bir kaptaki hücreler yerine vücudun bir parçası gibi davranan 3D baskılı bir doku örneği üzerinde denenmesi büyük ölçüde yardımcı olmaktadır, çünkü Petri kabındaki hücreler vücudun 3 boyutlu mimarisinde olduğu gibi davranmamaktadır. Dolayısıyla, bir laboratuvardaki bilim insanları bir sonraki denemeler için alınacak birçok ilaç arasından birini seçmek zorunda kaldıklarında, 3D baskılı doku örneklerini kullanmak bu seçimi daha güvenilir bir şekilde, daha fazla başarı şansıyla yapmalarını sağlar; bu da daha hızlı, daha güvenli ve daha uygun maliyetli ilaç geliştirme süreci anlamına gelir.

In situ biyo-baskı

Organları 3D yazdırabilir ve hastanın vücuduna nakledebiliriz, küçük doku parçaları yazdırabilir ve bunları hastayı yamamak için kullanabiliriz, ancak doğrudan bir vücuda, hatta bir vücudun içine yazdırmak da mümkündür. Yakın gelecekte doktorların bir yarayı ya da yanığı 3D olarak taraması ve üzerine hücre katmanları püskürterek çok hızlı bir şekilde iyileşmesini sağlaması oldukça olası.

Biyolojik baskının öncüleri

Biyo-baskı henüz başlamamış olsa da, insanlar oldukça uzun bir süredir deneysel biyo-yazıcılar yapmakta ve test etmektedir. Örneğin 2002 yılında Profesör Makoto Nakamura, standart bir mürekkep püskürtmeli yazıcı tarafından püskürtülen mürekkep damlacıklarının boyutunun yaklaşık bir insan hücresi büyüklüğünde olduğunu fark etti. Bu nedenle aynı teknolojiyi kullanmaya karar verdi ve 2008'de kan damarlarına benzer biyotüpler basabilen işlevsel bir biyoyazıcı yarattı. Profesör Nakamura bir gün organ nakli için tüm organları basabilmeyi umuyor. Aşağıdaki video, biyo-yazıcının bir biyotüpün bir bölümünü gerçek zamanlı olarak üretme sürecini gösteriyor.

3D baskının tıpta son derece yararlı olabileceği ve olduğu diğer yollar

3D yazıcıların tıpta çok yardımcı olabileceği birçok yol vardır. Örneğin, karmaşık ve zor bir ameliyat gerektiğinde, bazen hastanın vücudunun ameliyat edilecek kısmının 3D modeli yazdırılır, böylece cerrahlar gerçeğine geçmeden önce bu model üzerinde eğitim alabilirler.

Ayrıca, özel protez cihazların çıktısını almak veya metal döküm kalıplarını basmak için 3D baskıyı kullanmak da oldukça uygundur.

3D Baskılı Kemik Üzerinde Cerrahi Prosedürler Uygulayın:

https://www.youtube.com/watch?v=UUg80pfPB5o

Bu makaleyi okuduğunuz için teşekkür ederim! Herhangi bir sorunuz, öneriniz veya yorumunuz varsa, yorumlar bölümünde bana bildirin.