מדפסים ביולוגיים הם סוג מיוחד של מדפסת תלת מימד. בהתבסס על הנדסת רקמות מבוקרת על ידי מחשב, הם יכולים לייצר רקמות או מערכים ביולוגיים. בעתיד אמור להיות אפשר לייצר איברים ויצורים חיים מלאכותיים בעזרתם.
מהו ביו-מדפסת?
מדפסים ביולוגיים הם סוג מיוחד של מדפסת תלת מימד. מדפסים ביולוגיים הם מכשירים טכניים להדפסת רקמות ואיברים ביולוגיים בתלת מימד על ידי העברתם לתאים חיים. תחום זה של הדפסת תלת מימד נמצא עדיין בשלב ניסיוני ונחקר בעיקר במחקרים מדעיים באוניברסיטאות. המטרה היא ליצור אפשרות לייצר רקמות חלופיות ואיברים חלופיים שתוכלו להשתמש בהם בטיפול רפואי. מילת הפעילות ל- bioprinter נקראת bioprinting. הדפסה ביולוגית מתחילה בהרכב הבסיסי של רקמת המטרה או האיבר. המדפסת הביולוגית משמשת אך ורק בסביבת מעבדה. מדפסת התלת ממד המיוחדת מאחסנת ויוצרת שכבות דקות של תאים באמצעות הדפסה ראש כתוצאה. לשם כך, ה ראש של המדפסת הביולוגית נע שמאלה, ימינה, למעלה או למטה. מדפסים ביולוגיים משתמשים בפרוטוקולים של דיו ביו או עיבוד ביולוגי לבניית חומרים אורגניים. אלה הם פולימרים ביולוגיים עם תאים מאורגניזמים חיים והידרוגלים המכילים עד 90% מַיִם. יש לחשב את מאפיין הזרימה במדויק. מצד אחד, ה מסה חייבים להיות נוזלים מספיק כדי שמחטי המזרקים לא ייסתמו, ומצד שני, הם חייבים להיות מוצקים מספיק כך שמבנה המטרה יהיה עמיד. שימושים אחרים להדפסה ביולוגית כוללים הַשׁתָלָה, כירורגי תרפיה, הנדסת רקמות וכירורגיה משחזרת.
צורות, סוגים ומינים
נכון להיום משתמשים במדפסי ביו באופן ספורדי מאוד במגזר המסחרי. מכיוון שהדפס ביולוגי נמצא בשלב ההתפתחותי, מינים בוגרים או סוגים של מדפסים ביולוגיים אינם מאומתים כרגע. באופן עקרוני, עם זאת, ניתן להשתמש בכל מדפסת תלת מימד להדפסה ביולוגית. לשם כך, ה- PVC הנפוץ אבקה יש להחליף בתאים מתאימים. נבדקים גם תהליכים באמצעותם ניתן לפתח מדפסים ביולוגיים ממדפסות הזרקת דיו רגילות. יש להציב דרישות גבוהות לדיו הדיו. לדוגמא, כל חומר שישמש למטרות קליניות חייב לעמוד במפרט בינלאומי מחמיר. לפני השימוש בהדפס ביולוגי, חומרים כאלה חייבים לעבור בדיקות של שנים.
מבנה ואופן פעולה
אופן העבודה של מדפסת ביולוגית דומה מאוד לעקרון ההפעלה של מדפסת תלת ממד רגילה. תבניות בנויות באמצעות מכבש. עם זאת, אין PVC אבקה משמש, כמו שקורה במדפסות תלת מימד קונבנציונליות, אך ג'ל פולימרי, מבוסס בדרך כלל על אלגינט. מדפסים ביולוגיים נוכחיים, המשמשים באופן ספורדי בפועל, מייצרים טיפות שכל אחת מהן מכילה בין 3 ל -10,000 תאים בודדים. הארגון של תאים בודדים אלה, המבוסס על גורמי גדילה מתאימים, אמור להתאחד וליצור מבני רקמות פונקציונליים. מדפסים ביולוגיים דורשים בקרת טמפרטורה לצורך הדפסה מדויקת. מדפסים ביולוגיים נוכחיים הם גדולים מאוד במרחב, ויכולים להיות רוחב, אורך וגובה של כמה מטרים. מחשב, הממוקם בדרך כלל מחוץ למדפסת, שולט בבוכנות המזרק. הבסיס לכך הוא הנתונים הזמינים דיגיטלית של מודל תלת מימד. הביו-סינק נדחק אל מחוץ לשמונה חרירי הריסוס והמבנה המיועד בנוי על פלטפורמה.
יתרונות רפואיים ובריאותיים
באופן עקרוני צפויות להשתמש במדפסי ביו בשלושה תחומים במיוחד בעתיד: רפואה, תעשיית המזון והביולוגיה הסינתטית. ברפואה ניתן להעלות על הדעת את השימוש במדפסים ביולוגיים ונחזה בתחומי המשנה של הניתוחים תרפיה, ניתוח שחזור, תרומת איברים, ו הַשׁתָלָה. במיוחד במקרה של איברים על ידי מדפסים ביולוגיים, יתרון אחד מרכזי ברור: ההתאמה המדויקת לגוף המיועד הַשׁתָלָה. באופן זה ניתן להפסיק את החיפוש אחר איבר תורם מתאים התואם את הגוף המקבל, אשר כרגע עדיין הכרחי. בניתוחים משחזרים צפויים הפשטה ושיפור. כאן ניתן להעלות פרוצדורות בהן נלקחים תאים מחלקים שונים בגופו של המטופל - כמו אוזניים, אצבעות וברכיים. תאים אלה מוכפלים במעבדה. לאחר מכן מוסיפים ביו-פולימר. ממתלה כזה יכול המדפסת הביולוגית, בתיאוריה, לבנות שתל. זה מושתל אז למטופל. תאי הגוף עצמו משפילים את הביו-פולימר לאורך זמן. היתרון יכול להיות טמון במיוחד בעובדה שההשתלה אינה נדחית על ידי הגוף. יתר על כן, השתלה כזו יכולה לגדול עם הגוף. הסיבה לתכונה חיובית זו היא שהשתל מקושר למערכת בקרת הגדילה של המטופל. תחום המחקר לשימוש בביו-שתלים ברפואה ממשיך לגדול. כרגע, ייצור שתלים מ סָחוּס, כגון א אף, מאוד מתקבל על הדעת. קריטי יותר הוא ייצור איברי הגוף. בפרט, מספר הנימים הנדרש לאספקת האיברים אינו מתקבל על הדעת בדיוק הנחוץ. בעיה נוספת יכולה לנבוע מכך שבמבנים מורכבים כאלה כמו איברי גוף, יש לתאם תאים שונים ולתקשר ביניהם על מנת לבצע פונקציות שונות. ניתן להשתמש במדפסים ביולוגיים גם לייצור בשר בתעשיית המזון. החברות הראשונות כבר - על פי הצהרות משלהן - כבר הדפיסו מוצרים כאלה בהצלחה. נאמר כי אלה טעימים ופחות יקרים משחיטה. עם זאת, כרגע לא מוצע שום בשר שמודפס על ידי ביו-הדפסה.
