چاپگر زيستي سه بعدي يکي از نيازهاي اساسي در فرآيند چاپ زيستي محسوب شده و طي سال‌هاي اخير، پيشرفت‌هاي چشمگيري در طراحي و توسعه اين چاپگرها صورت گرفته است.
چاپگر زيستي، جوهر زيستي و کاغذ زيستي (که چاپ روي آن صورت مي‌گيرد)، سه بخش اصلي فرآيند چاپ زيستي محسوب مي‌شوند.
در فرآيند چاپ زيستي، از سه نوع اصلي چاپگر: جوهرافشان، ليزري، اکستروژن استفاده مي‌شود.
بطور معمول از چاپگرهاي جوهرافشان، براي توليد سريع بافت‌ها در مقياس بزرگ استفاده مي شود. يکي از انواع چاپگرهاي زيستي جوهرافشان، drop-on-demand نام دارد که مواد را در مقياس دقيق و با حداقل هزينه و ضايعات چاپ مي کند. چاپگرهاي ليزري که اغلب گران قيمت و پر هزينه هستند، محصول چاپي با وضوح بسيار بالا را ارائه مي دهند. چاپگرهاي اکستروژن، سلول‌ها را بصورت لايه به لايه، درست مانند چاپگرهاي سه بعدي براي توليد ساختارهاي سه بعدي، چاپ مي کنند.
برترين چاپگرهاي زيستي سه بعدي
اين فهرست شامل چاپگرهاي زيستي سه بعدي ساخته شده توسط دانشگاه‌ها، که تنها براي انجام تحقيقات مورد استفاده قرار مي گيرند، نيست.
1) چاپگر3D Bioplotter ، فناوري: اکستروژن پمپ سرنگ، مواد: هيدورژل، سيليکون، هيدروکسي آپاتيت، تيتانيوم، کيتوزان؛ محصول شرکت EnvisionTEC، قيمت 200 هزار دلار.
در فرآيند چاپ زيستي، از سه نوع اصلي چاپگر: جوهرافشان، ليزري، اکستروژن استفاده مي‌شود.
2) چاپگر NovoGen MMX، فناوري: اکستروژن پمپ سرنگ، مواد: هيدروژل سلولي؛ محصول شرکت Organovo آمريکا که در سال 2010 از سوي مجله تايم بعنوان بهترين نوآوري سال 2010 معرفي شد.
3) چاپگر 3Ddiscovery، فناوري: اکستروژن پمپ سرنگ، مواد: جوهر زيستي، osteoink؛ محصول شرکت RegenHU سوئيس، قيمت 200 هزار دلار.
4) چاپگرFABION ، فناوري: الکترومغناطيس و اکستروژن، مواد: هيدروژل، ارگانوئيد؛ محصول شرکت 3D Bioprinting Solutions روسيه.
5) چاپگر BioBot1، فناوري: اکستروژن پمپ سرنگ و نور آبي، مواد: آگارز، کلاژن، آلژينات، پلي اتيلن گليکول؛ محصول شرکت BioBots آمريکا، قيمت 10 هزار دلار.
6) چاپگر Inkredible، فناوري: اکستروژن پمپ سرنگ، مواد: CELLINK ، CELLINK A، جوهر زيستي مبتني بر آلژينات؛ محصول شرکت CELLINK سوئد، قيمت 9- 5 هزار دلار.
7) چاپگر Ourobotics Revolution، مواد: کلاژن، ژلاتين، آلژينات، کيتوزان؛ محصول شرکت Ourobotics ايرلند، قيمت 12 هزار دلار.
سه گام چاپ زيستي
پيش- چاپ زيستي (Pre-bioprinting)، چاپ زيستي، پسا- چاپ زيستي (Post-bioprinting)، سه گام اصلي در فرآيند چاپ زيستي محسوب مي شوند.
پيش- چاپ زيستي فرآيند ايجاد مدلي است که چاپگر از آن براي انتخاب مواد براي چاپ نهايي بافت استفاده خواهد کرد. فناوري‌هاي متداول براي چاپ زيستي شامل توموگرافي رايانه‌اي (CT) و تصويربرداري رزونانس مغناطيسي (MRI) هستند.
براي چاپ لايه به لايه بافت مورد نظر، بازسازي توموگرافي بر روي تصاوير انجام شده و تصاوير دو بعدي براي چاپگر ارسال مي شود. با آماده شدن تصوير، سلول‌هاي خاص با يک مادهِ مايع شده - که اکسيژن و مواد مغذي را براي زنده نگه داشتن آنها فراهم مي کند - مخلوط مي شوند. اين تجمع سلول‌ها به داربست نياز ندارد و براي قرار دادن در همجوشي بافت لوله مانند براي فرآيندهايي مانند اکستروژن استفاده مي شود.
چاپ زيستي، گام دوم محسوب مي شود و در اين مرحله، مخلوط مايع سلول‌ها و مواد مغذي در کارتريج چاپگر قرار مي گيرند و ساختار با استفاده از اسکن‌هاي انجام شده (از عضو مورد نظر)، ساخته مي شود.
در ادامه، پيش بافت (pre-tissue) چاپ شده به دستگاه انکوباتور منتقل مي شود که پس از طي مراحل رشد، به يک بافت کامل تبديل مي شود.
پسا- چاپ زيستي، گام نهايي در فرآيند چاپ زيستي محسوب مي شود که براي ايجاد يک ساختار پايدار از مواد بيولوژيکي ضروري است. اگر اين فرآيند بدرستي انجام نشود، يکپارچگي مکانيکي و عملکرد بافت چاپ سه بعدي با خطر جدي مواجه مي شود.
تحريکات مکانيکي و شيميايي محصول، يکي از نيازهاي اصلي اين مرحله است که سيگنال‌هايي را به سلول‌ها براي کنترل بازسازي و رشد بافت ارسال مي کند. فناوري رآکتورهاي زيستي اجازه رشد سريع بافت، رگ‌سازي درون بافت و توانايي زنده ماندن عضو پس از پيوند را فراهم مي کنند.
عملکرد چاپگرهاي زيستي سه بعدي
گام نخست براي توليد بافت، توسعه پروتکل‌هاي فرآيند زيستي مورد نياز براي توليد بلوک‌هاي سازنده چند سلولي – موسوم به جوهر زيستي (bio- ink) – از سلول‌ها است که براي ساخت بافت هدف مورد استفاده قرار مي گيرند.
جوهر زيستي، سلول‌هايي هستند که به صورت لايه لايه بر روي هم قرار مي‌گيرند و ساختارهاي سه بعدي را تشکيل مي‌دهند. بلوک‌هاي سازنده جوهر زيستي بوسيله چاپگر سه بعدي، لايه به لايه بر روي هم قرار مي گيرند تا در نهايت بافت هدف شکل بگيرد.
در مواردي، از ترکيبات هيدروژل بي اثر- زيستي (bio-inert) به عنوان حمايت‌کننده استفاده مي شود تا بافت، ساختار عمودي خود را حفظ کرده و شکل سه بعدي ايجاد شود، يا اينکه از هيدروژل براي ايجاد کانال يا فضاهاي خالي درون بافت براي تقليد عملکردهاي بافت طبيعي استفاده مي شود.
فرآيند چاپ زيستي مي تواند به گونه‌اي طراحي شود که براي توليد بافت‌ها در فرمت‌هاي مختلف، از بافت‌هايي در مقياس ميکرو تا ساختارهاي بزرگتر براي قرار دادن بر روي رآکتورهاي زيستي استفاده شود.
منبع: آخرین خبر
