Przedstawiono metodę wielomateriałowego bio-tuszu wykorzystującą sieciowanie glikolem polietylenowym. przedstawiona w celu rozszerzenia palety biomateriałów wymaganych do biodruku 3D bardziej mimetycznych i konfigurowalnych konstrukcji tkanek i narządów. Lekko usieciowane, miękkie hydrożele są wytwarzane z prekursorowych roztworów różnych materiałów i drukowane w 3D. i drukowane 3D. Przedstawiono charakterystykę reologiczną i biologiczną oraz obietnicę Obietnica tej nowej strategii syntezy bio-ink jest omawiana. --- Druk 3D to metoda produkcji, w której materiały, takie jak plastik lub metal metal, są nakładane na siebie warstwami w celu wytworzenia trójwymiarowego trójwymiarowego obiektu, takiego jak para okularów lub innych obiektów 3D. Proces ten kontrastuje z tradycyjnymi drukarkami atramentowymi, które wytwarzają dwuwymiarowy obiekt (tusz na papierze). dwuwymiarowy obiekt (tusz na papierze). Do tej pory druk 3D był głównie wykorzystywany w inżynierii do tworzenia prototypów inżynieryjnych. inżynierii do tworzenia prototypów inżynieryjnych. Jednak ostatnie postępy w dziedzinie materiałów drukarskich umożliwiły drukarkom 3D tworzenie obiektów, które są porównywalne z tradycyjnie wytwarzanymi przedmiotami. W przeciwieństwie do konwencjonalnych drukarek, druk 3D ma potencjał, aby umożliwić masową personalizację towarów na dużą skalę na dużą skalę i ma znaczenie w medycynie, w tym w okulistyce. Druk 3D okazał się już opłacalny w kilku zastosowaniach medycznych, w tym w okularów, niestandardowych urządzeń protetycznych i implantów dentystycznych. W tym przeglądzie omawiamy potencjał druku 3D do zrewolucjonizowania produkcję w taki sam sposób, w jaki prasa drukarska zrewolucjonizowała konwencjonalny druk. druk. Omówione zostały zastosowania i ograniczenia druku 3D; proces produkcji proces produkcyjny został zademonstrowany poprzez wytworzenie zestawu oprawek do okularów z planów 3D. 3D. --- Przedstawiono nowy atrament na bazie żywicy epoksydowej, który umożliwia drukowanie 3D lekkich kompozytów komórkowych z kontrolowanym ułożeniem wieloskalowych włókien o wysokim współczynniku włókien w celu stworzenia hierarchicznych struktur inspirowanych drewnem balsa. Wartości modułu Younga są do 10 razy wyższe niż w przypadku dostępnych na rynku polimerów drukowanych 3D. dostępne polimery drukowane w 3D, przy zachowaniu porównywalnych wartości wytrzymałości. wytrzymałości. --- Zdolność do trójwymiarowego przeplatania tkanki biologicznej z funkcjonalną elektroniką elektroniką może umożliwić tworzenie bionicznych narządów o zwiększonej funkcjonalności w porównaniu z ich ludzkimi odpowiednikami. Konwencjonalne urządzenia elektroniczne są z natury dwuwymiarowe, co uniemożliwia płynną wielowymiarową integrację z biologią syntetyczną, ponieważ procesy i materiały są bardzo różne. Tutaj, przedstawiamy nowatorską strategię przezwyciężania tych trudności poprzez addytywną wytwarzanie komórek biologicznych ze strukturalnymi i nanocząsteczkowymi elementami elementami elektronicznymi. Jako dowód słuszności koncepcji, wygenerowaliśmy bioniczne ucho poprzez druk 3D drukowanie matrycy hydrożelowej z nasionami komórek w anatomicznej geometrii ludzkiego ucha ucha, wraz ze splecionym przewodzącym polimerem składającym się z nanocząstek srebra. nanocząstek srebra. Pozwoliło to na hodowlę in vitro tkanki chrzęstnej wokół anteny cewki indukcyjnej w uchu. cewki indukcyjnej w uchu, co następnie umożliwia odczyt sygnałów sprzężonych indukcyjnie z elektrod w kształcie ślimaka. Wydrukowane ucho wykazuje ulepszone wykrywanie słuchowe do odbioru częstotliwości radiowych, a uzupełniające się lewe i prawe ucho może słuchać muzyki stereo. Ogólnie rzecz biorąc, nasze podejście sugeruje sposób na misterne połączenie biologicznych i nanoelektronicznych funkcjonalności poprzez druk 3D. --- Informacje o autorze: (1)1] Państwowe Kluczowe Laboratorium Bioterapii i Centrum Onkologii, Szpital Zachodnich Chin, West China Medical School, Sichuan University, Chengdu 610041, P.R. China [2] Shiley Eye Center and Institute for Genomic Medicine, University of California, San Diego, La Jolla, Kalifornia 92093, USA [3]. (2)1] Department of NanoEngineering, University of California, San Diego, La Jolla, Kalifornia 92093, USA [2]. (3)Department of NanoEngineering, University of California, San Diego, La Jolla, California 92093, USA. (4)State Key Laboratory of Biotherapy and Cancer Center, West China Hospital, West China Medical School, Sichuan University, Chengdu 610041, P.R. Chiny. (5)School of Chemistry and Chemical Engineering, Shaanxi Normal University, Xi'an 710062, P.R. Chiny. (6)1] Shiley Eye Center and Institute for Genomic Medicine, University of California, San Diego, La Jol. California, San Diego, La Jolla, California 92093, USA [2] Biomaterials and Biomaterials and Tissue Engineering Center, University of California, San Diego, La Jolla, California 92093, USA [3] Veterans Administration Healthcare System, San Diego, California 92093, USA. (7)1] Department of NanoEngineering, University of California, San Diego, La Jolla, Kalifornia 92093, USA [2] Centrum Biomateriałów i Inżynierii Tkankowej, University of California, San Diego, La Jolla, California 92093, USA. --- Proces produkcji addytywnej, który łączy modelowanie cyfrowe i druk 3D został wykorzystany do przygotowania hydrożeli wzmocnionych włóknami w jednoetapowym procesie. Materiały materiały kompozytowe zostały wytworzone przez selektywne modelowanie kombinacji roztworu prekursora żelu alginianowego/akrylamidowego i kleju epoksydowego utwardzanego promieniami UV (Emax 904 Gel-SC) za pomocą drukarki do wytłaczania. Promieniowanie UV zostało użyte do utwardzenia dwóch atramentów w pojedynczy materiał kompozytowy. Przestrzenna kontrola rozkładu włókien dystrybucja włókien w modelach cyfrowych pozwoliła na wytworzenie serii materiałów o spektrum pęcznienia i właściwościach mechanicznych z właściwościach fizycznych, od miękkich i mokrych do twardych i suchych. Porównanie z "regułą mieszanin", aby wykazać, że spęcznione materiały kompozytowe są zgodne ze standardową teorią kompozytów. materiały kompozytowe są zgodne ze standardową teorią kompozytów. Przygotowano prototyp chrząstki łąkotki aby zilustrować potencjalne zastosowanie w bioinżynierii. --- Dzięki zaletom wysokiej przepustowości, cyfrowej kontroli i bardzo dokładnego umieszczanie komórek i rusztowania biomateriałowego w pożądanych lokalizacjach 2D i 3D, bioprinting ma ogromny potencjał do opracowania obiecujących podejść w medycynie translacyjnej i wymianie narządów. medycynie i zastępowaniu narządów. Najnowsze osiągnięcia w dziedzinie biodruku narządów i tkanek i tkanek w oparciu o technologię termicznego druku atramentowego zostały opisane w tym przeglądzie. niniejszym przeglądzie. Biodruk nie powoduje żadnych lub niewielkie skutki uboczne dla drukowanych komórek ssaków komórek ssaków i może w wygodny sposób łączyć się z transfekcją genów lub dostarczaniem leków do wyrzucanych żywych systemów podczas precyzyjnego umieszczania w celu budowy tkanki. Dzięki montażowi warstwa po warstwie można drukować tkanki 3D o złożonych strukturach przy użyciu zeskanowanych obrazów CT lub MRI. Układy naczyniowe lub nerwowe mogą być jednocześnie podczas budowy narządów z cyfrową kontrolą. Dlatego, bioprinting jest jedynym rozwiązaniem tego krytycznego problemu w produkcji grubych i złożonych tkanek złożonych tkanek z układem naczyniowym. Łącznie, biodruk oparty na termicznym druku atramentowym ma ogromny potencjał i szerokie zastosowanie w inżynierii tkankowej i medycynie regeneracyjnej. inżynierii tkankowej i medycynie regeneracyjnej. Niniejszy artykuł przeglądowy przedstawia kilka ważne patenty związane z biodrukiem żywych systemów i zastosowaniami w dziedzinie inżynierii tkankowej. --- Istnieje niezaspokojone zapotrzebowanie na spójny zestaw narzędzi do oceny konstrukcji drukowanych w 3D. konstrukcji drukowanych w 3D. Zestaw narzędzi opracowany w celu projektowania, charakteryzowania i oceny Rusztowania z poli(fumaranu propylenu) z nadrukiem 3D są proponowane dla unaczynionych unaczynionych tkanek. Ten zestaw narzędzi łączy modułową konstrukcję i nieniszczącą ocenę nieniszczącą ocenę projektu, ocenia biokompatybilność i właściwości mechaniczne oraz modeluje właściwości mechaniczne i modeluje angiogenezę. --- Druk 3D obiecuje wytwarzanie złożonych urządzeń biomedycznych zgodnie z komputerowym z wykorzystaniem danych anatomicznych pacjenta. Od początkowego zastosowania jako przedoperacyjnych modeli wizualizacyjnych i form narzędziowych, druk 3D powoli do tworzenia jedynych w swoim rodzaju urządzeń, implantów, rusztowań do inżynierii tkankowej, platform diagnostycznych i dostarczania leków. inżynierii tkankowej, platform diagnostycznych i systemów dostarczania leków. Napędzany przez zainteresowanie społeczeństwa i dostęp do niedrogich drukarek, istnieje zainteresowanie połączeniem komórek macierzystych z niestandardowymi rusztowaniami 3D dla spersonalizowanej medycyny regeneracyjnej. medycyny regeneracyjnej. Zanim druk 3D będzie mógł być rutynowo wykorzystywany do regeneracji złożonych tkanek (np. kości, chrząstek, mięśni, naczyń krwionośnych i nerwów). w kompleksie czaszkowo-szczękowo-twarzowym) i złożonych narządów o skomplikowanej mikroarchitekturze 3D (np. mikroarchitekturą 3D (np. wątroba, narządy limfoidalne), należy zająć się kilkoma ograniczeniami technologicznymi. ograniczenia technologiczne. W niniejszym przeglądzie omówiono najważniejsze materiały i w ciągu ostatnich pięciu lat dla każdej z popularnych technologii druku 3D (druk trójwymiarowy, drukowanie trójwymiarowe). technologii druku 3D (druk trójwymiarowy, modelowanie metodą osadzania topionego materiału, selektywne spiekanie laserowe, stereolitografia i 3D 3D/Direct-Write/Bioprinting). Podkreślono przykłady, aby zilustrować postępy każdej technologii w inżynierii tkankowej, a kluczowe ograniczenia ograniczenia, aby zmotywować przyszłe badania i rozwinąć tę fascynującą dziedzinę fascynującą dziedzinę zaawansowanej produkcji. --- Niedawno opracowaliśmy drukarkę komórkową (Wilson i Boland, 2003), która umożliwia nam umieszczanie komórek w pozycjach, które naśladują ich odpowiednie pozycje w narządach. Technologia ta była jednak ograniczona do drukowania dwuwymiarowych (2D) konstruktów tkankowych. konstruktów tkankowych. Tutaj opisujemy zastosowanie termoczułych żeli do generowania sekwencyjnych warstw do drukowania komórek. sekwencyjnych warstw do drukowania komórek. Zdolność do upuszczania komórek na wcześniej wydrukowanych wcześniej kolejnych warstwach zapewnia realną możliwość realizacji trójwymiarowego (3D) drukowania organów. Drukowanie organów pozwoli nam drukować złożonych narządów 3D ze sterowanym komputerowo, dokładnym umieszczaniem różnych typów komórek w procesie, który można ukończyć w ciągu kilku minut. Aby zademonstrować wykonalności tej nowatorskiej technologii, wykazaliśmy, że agregaty komórek mogą być agregaty komórek mogą być umieszczane w kolejnych warstwach żeli 3D na tyle blisko, by mogło dojść do fuzji. Oszacowaliśmy oszacowaliśmy optymalną minimalną grubość żelu, która może być powtarzalnie poprzez upuszczenie cieczy w temperaturze pokojowej na podgrzane podłoże. Następnie wygenerowaliśmy agregaty komórek o odpowiednim (do minimalnej grubości żelu) rozmiarze. (minimalnej grubości żelu), aby zapewnić bezpośredni kontakt między wydrukowanymi agregatami komórek podczas sekwencyjnych cykli drukowania. agregatami komórek podczas kolejnych cykli drukowania. Na koniec wykazaliśmy, że że te blisko umieszczone agregaty komórek mogą łączyć się w dwa rodzaje termoczułych żeli 3D. termowrażliwych żelach 3D. Podsumowując, dane te zdecydowanie potwierdzają wykonalność proponowanej nowej technologii drukowania narządów. --- Drukowanie narządów lub biomedyczne zastosowanie szybkiego prototypowania, określane również jako addytywne wytwarzanie biomateriałów warstwa po warstwie, jest wyłaniającą się technologią transformacji która ma potencjał, aby przewyższyć tradycyjną inżynierię tkankową opartą na stałych rusztowaniach. inżynierii tkankowej. Drukowanie narządów ma pewne zalety: jest to zautomatyzowane podejście które oferuje drogę do skalowalnej, powtarzalnej masowej produkcji produktów inżynierii tkankowej produktów inżynierii tkankowej; pozwala na precyzyjne jednoczesne pozycjonowanie 3D kilku typów komórek; umożliwia tworzenie tkanek o wysokim poziomie gęstości komórek; może może rozwiązać problem unaczynienia w grubych konstruktach tkankowych; wreszcie, drukowanie narządów może odbywać się in situ. może być wykonywane in situ. Ostatecznym celem technologii drukowania narządów jest jest wytwarzanie 3D unaczynionych funkcjonalnych żywych narządów ludzkich nadających się do do implantacji klinicznej. Głównymi praktycznymi rezultatami technologii drukowania narządów to przemysłowa, skalowalna, zrobotyzowana biofabrykacja złożonych tkanek i narządów ludzkich. narządów, zautomatyzowane testy in vitro oparte na tkankach do diagnostyki klinicznej, odkrywania leków i toksyczności leków, oraz i toksyczności leków oraz złożone modele in vitro chorób człowieka. Niniejszy artykuł opisuje ramy koncepcyjne i najnowsze osiągnięcia w technologii drukowania narządów technologii drukowania narządów, nakreśla główne bariery i wyzwania technologiczne oraz przedstawia potencjalne przyszłe zastosowania praktyczne. --- Systematyczna charakterystyka rusztowań tkanki kostnej wytwarzanych za pomocą druku 3D z proszków kompozytowych hydroksyapatytu (HA) i alkoholu poli(winylowego) (PVOH). proszków. Zaobserwowano, że płynność materiałów prekursorowych HA:PVOH wpływa na stabilność mechaniczną, mikrostrukturę i porowatość drukowanych 3D rusztowań. Zwrócono uwagę na anizotropowe zachowanie konstrukcji i uszkodzenie części na granicach wiązań międzywarstwowych. na granicach wiązań międzywarstwowych zostało podkreślone w testach wytrzymałości na ściskanie. Kompromis między zdolnością do ułatwienia usuwania produktów degradacji termicznej PVOH PVOH podczas spiekania a wytrzymałością na ściskanie zielonych części. części na ściskanie. Ostateczna wytrzymałość na ściskanie 55% porowatych zielonych wydrukowanych wzdłuż osi Y i suszonych w piecu próżniowym przez 6 godzin wynosiła 0,88 ± 0,02 MPa. Co ważne, pory konstrukcji wydrukowanych w 3D mogą być zaprojektowane przez użytkownika, zapewniając masową łączność, a niedoskonałe upakowanie cząstek proszku stworzyło nieodłączną chropowatość powierzchni i niezaprojektowaną porowatość w obrębie rusztowania. rusztowania. Cechy te są uważane za obiecujące, ponieważ wiadomo, że ułatwiają osteokondukcję i osteointegrację in vivo. Charakterystyka techniki wykorzystane w tym badaniu obejmują dwa testy przepływu lejkowego, skaningową mikroskopia elektronowa (SEM), spektroskopia w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR), testy wytrzymałości na ściskanie i tomografię komputerową (CT). --- Druk 3D stał się wszechstronną technologią do wytwarzania konstruktów inżynierii tkankowej z przestrzennie kontrolowanymi komórkami i biomateriałem aby umożliwić biomimetykę tkanek in vivo. W niniejszym artykule zgłosiliśmy nowatorskie badanie druku 3D linii komórkowych pochodzących z ludzkich zarodków w makroporowatą konstrukcję przypominającą tkankę. Temperatura dyszy, temperatura komory i skład materiału matrycy zostały zbadane w celu osiągnąć wysoką żywotność komórek (>90%) po wydrukowaniu 3D i utworzeniu konstrukcji. Zaobserwowano długoterminową stabilność konstrukcji z wyraźną strukturą siatki do 30 dni. do 30 dni. Komórki nadal rosły jako sferoidy komórkowe z silnymi interakcjami komórka-komórka. silnymi interakcjami komórka-komórka. Dwie transfekowane linie komórkowe HEK 293FT również zostały wydrukowane w 3D i wykazały normalne funkcje biologiczne, tj. syntezę białek i aktywację genów w odpowiedzi na bodziec w postaci małej cząsteczki. Wraz z dalszym udoskonalaniem, ta technologia druku 3D komórek może prowadzić do praktycznej produkcji funkcjonalnych tkanek embrionalnych in vitro. tkanek embrionalnych in vitro. --- CEL: Rozwarstwienie kości skroniowej jest podstawowym elementem treningu otologicznego. szkolenia otologicznego. Kadaweryczne kości skroniowe (CTB) są złotym standardem treningu chirurgicznego. jednak wiele instytucji nie ma do nich łatwego dostępu, a ich koszt może być znaczny koszt może być znaczny: od 300 do 500 USD. Co więcej, pediatryczne kości skroniowe nie są łatwo dostępne. Naszym celem jest opracowanie pediatrycznego pediatrycznego modelu kości skroniowej. PROJEKT BADANIA: Model kości skroniowej. USTAWIENIE: Szpital dziecięcy trzeciego stopnia. PRZEDMIOT: Model pacjenta pediatrycznego. METODY: Opisujemy nowatorskie zastosowanie drukarki 3D do generowania gipsowego modelu treningowego z gipsowego modelu treningowego z pediatrycznego skanu CT kości skroniowej o wysokiej rozdzielczości. normalnej pediatrycznej kości skroniowej. WYNIKI: Wyprodukowano i oceniono trzy modele. Modele wykorzystywały wiele kolorów (biały dla kości, żółty dla nerwu twarzowego) i były wysokiej jakości. jakości. Dwa modele zostały wywiercone jako dowód koncepcji i okazały się być akceptowalnym odwzorowaniem anatomii pacjenta, dokładnie odwzorowując wszystkie niezbędne punkty chirurgiczne. wszystkie niezbędne chirurgiczne punkty orientacyjne. Jedynymi negatywnymi uwagami dotyczącymi wydrukowanej w 3D kości skroniowej jako modelu treningowego był brak zróżnicowania twardości między kością korową i gąbczastą, zauważając różnice w dotyku w stosunku do kości skroniowej zwłok. kości skroniowej. WNIOSEK: Nasz nowatorski pediatryczny model treningowy 3D kości skroniowej jest realną, niedrogą opcją treningową dla wcześniej niedostępnych pediatrycznych kości skroniowych. pediatrycznej kości skroniowej. Mamy nadzieję, że wraz z upowszechnieniem się drukarek 3D, modele te mogą być szybko powielane, umożliwiając stażystom drukowanie modeli pacjentów przed wykonaniem operacji na żywym pacjencie. --- Produkcja addytywna, inaczej znana jako drukowanie trójwymiarowe (3D), jest napędza znaczące innowacje w wielu dziedzinach, takich jak inżynieria, produkcja, sztuka, edukacja i medycyna. Ostatnie postępy umożliwiły drukowanie 3D biokompatybilnych materiałów, komórek i komponentów pomocniczych w złożone 3D funkcjonalne żywe tkanki. Bioprinting 3D jest obecnie stosowany w medycynie regeneracyjnej medycynie regeneracyjnej, aby zaspokoić zapotrzebowanie na tkanki i narządy odpowiednie do przeszczepów. przeszczepów. W porównaniu z drukiem niebiologicznym, biodruk 3D wiąże się z się z dodatkowymi złożonościami, takimi jak wybór materiałów, typów komórek, czynników wzrostu i czynniki wzrostu i różnicowania, a także wyzwania techniczne związane z wrażliwością żywych komórek i budową tkanek. Rozwiązanie tych problemów wymaga integracji technologii z dziedzin inżynierii, biomateriałów, biologii komórek, fizyki i medycyny. Bioprinting 3D został już został już wykorzystany do generowania i przeszczepiania kilku tkanek, w tym wielowarstwowej skóry, kości, przeszczepów naczyniowych, szyn tchawiczych, tkanek serca i struktur chrzęstnych. serca i struktur chrzęstnych. Inne zastosowania obejmują rozwój wysokowydajnych modeli tkanek drukowanych 3D do badań, odkrywania leków i toksykologii. toksykologii.
W przypadku budowy jakich narządów testowano druk 3D?
Prototypy/konstrukcje nosa, ucha i łąkotki zostały wyprodukowane przy użyciu druku 3D (trójwymiarowego).