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. --- W ostatnich latach nastąpiła zmiana paradygmatu w rozumieniu tworzenia kości u ludzi, która która zaczyna zmieniać obecne koncepcje inżynierii tkankowej kości i chrząstki. i chrząstki. Nowe odkrycia ujawniły, że podstawowe etapy biomineralizacji są napędzane enzymami, nie tylko podczas osadzania hydroksyapatytu, ale także podczas początkowego tworzenia bioziarna, obejmującego przejściowe osadzanie i późniejszą transformację węglanu wapnia w minerał fosforanu wapnia. Główne enzymy pośredniczące w tych reakcjach, anhydraza węglanowa i fosfataza alkaliczna fosfataza alkaliczna, stanowią nowe cele dla farmakologicznej interwencji w chorobach kości, takich jak osteoporoza. takich jak osteoporoza, poprzez zastosowanie związków działających jako potencjalne aktywatory tych enzymów. tych enzymów. Oczekuje się, że te nowe odkrycia dadzą impuls do rozwoju innowacje w rozwoju rusztowań do naprawy i rekonstrukcji kości, które rozpoczęło się od zastosowania materiałów obojętnych biologicznie, a następnie materiałów bioaktywnych i a teraz prowadzi do funkcjonalnych regeneracyjnych jednostek tkankowych. Te nowe osiągnięcia stały się możliwe dzięki odkryciu morfogenicznej aktywności bioorganicznych polimerów nieorganicznych, biokalcytu, biopolifosforanu i biokrzemionki, które są tworzone przez biogenny mechanizm enzymatyczny. biogennego, enzymatycznego mechanizmu, będącego siłą napędową wraz z rozwojem nowatorskich metod szybkiego prototypowania trójwymiarowego (3D) i technik biodruku (drukowanie komórek 3D), które mogą pozwolić na wytwarzanie niestandardowych implantów dla pacjentów cierpiących na choroby kości. implantów dla pacjentów cierpiących na choroby kości w przyszłości. --- Dokonano ulepszeń w medycynie regeneracyjnej dzięki rozwojowi inżynierii tkankowej i terapii komórkowej. inżynierii tkankowej i terapii komórkowej. Regeneracja kości jest ambitnym projekt, prowadzący do wielu zastosowań obejmujących chirurgię czaszki, szczękowo-twarzową i ortopedyczną. chirurgii ortopedycznej. Rusztowania, komórki macierzyste i sygnały wspierają inżynierię tkanki kostnej. inżynierię tkanki kostnej. Właściwości fizyczne i chemiczne rusztowania sprzyjają inwazji komórek inwazję komórek, kierują ich różnicowaniem i umożliwiają transmisję sygnałów. Rusztowanie może być nieorganiczne lub organiczne. Ich koncepcja została ulepszona dzięki zastosowaniu nowych nowych technik: samoorganizujące się nanowłókna, elektroprzędzenie, separacja fazowa separacja roztworów, hydrożele z mikrowzorami, biodrukowanie i szybkie prototypowanie. Procesy biologii komórkowej pozwalają nam wybierać między embrionalnymi komórkami macierzystymi a dorosłymi komórkami macierzystymi. dorosłymi komórkami macierzystymi w medycynie regeneracyjnej. Wreszcie, komunikacja między komórkami i ich środowiskiem jest niezbędna; wykorzystują do tego różne sygnały. Badanie sygnałów i ich transmisji doprowadziło do odkrycia i wykorzystania białka morfogenetycznego kości (BM białka morfogenetycznego kości (BMP). Rozwój terapii komórkowej doprowadził do do powstania specyficznej dziedziny: terapii genowej. Opiera się ona na wektorach wirusowych, które retrowirusy, adenowirusy i wektory adenoasocjacyjne (AAV). Wektory niewirusowe obejmują plazmidy i lipoplex. Niektóre geny BMP zostały zostały z powodzeniem transfekowane. Zdolność do kontrolowania transfekowanych komórek i możliwość i zdolność do łączenia i transfekcji wielu genów zaangażowanych w gojenie się kości poprawić terapię genową. --- 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.
Czy bioprinting może być stosowany w medycynie regeneracyjnej przeciwko chorobom kości?
Rozwój technik bioprintingu (drukowania komórek 3D) będzie wykorzystywany w medycynie regeneracyjnej i może pozwolić na wytwarzanie niestandardowych implantów dla pacjentów cierpiących na choroby kości w przyszłości, po wyeliminowaniu kilku ograniczeń technologicznych.