Bioprinter sono un tipo speciale di stampante 3D. Sulla base dell'ingegneria dei tessuti controllata dal computer, possono produrre tessuti o bioarray. In futuro dovrebbe essere possibile, con il loro aiuto, produrre organi ed esseri viventi artificiali.
Cos'è un bioprinter?
Le bioprinter sono dispositivi tecnici per la stampa tridimensionale di tessuti e organi biologici trasferendoli a cellule viventi. Quest'area della stampa 3D è ancora in una fase sperimentale ed è principalmente oggetto di indagine in studi scientifici nelle università. L'obiettivo è creare la possibilità di produrre tessuti e organi sostitutivi funzionali che possano essere utilizzati nelle cure mediche.
Il termine usato per descrivere il bioprinter è chiamato bioprinting. La bioprinting inizia con la composizione di base del tessuto bersaglio o dell'organo bersaglio. Il bioprinter viene utilizzato solo in un ambiente di laboratorio. Di conseguenza, la speciale stampante 3D immagazzina e forma sottili strati di celle tramite una testina di stampa. Per fare ciò, la testa del bioprinter si sposta a sinistra, a destra, in alto o in basso.
I bioprinter utilizzano bioinchiostro o registri di processo biologico per costruire materiali organici. Si tratta di biopolimeri con cellule di esseri viventi e idrogel con una percentuale di acqua fino al 90%. La proprietà del flusso deve essere calcolata esattamente. Da un lato, la massa deve essere sufficientemente liquida in modo che le cannule delle siringhe non si ostruiscano e, dall'altro, deve essere sufficientemente solida in modo che la struttura del bersaglio sia durevole.
Altri usi per il bioprinting includono trapianti, terapia chirurgica, ingegneria dei tessuti e chirurgia ricostruttiva.
Forme, tipi e tipi
Al momento, le bioprinter vengono utilizzate solo molto sporadicamente nel settore commerciale. Poiché il bioprinting è in fase di sviluppo, i tipi maturi o i tipi di bioprinter non sono attualmente verificati. In linea di principio, tuttavia, qualsiasi stampante 3D può essere utilizzata per la bioprinting. A tal fine, la polvere di PVC normalmente utilizzata deve essere sostituita da apposite celle. Sono in fase di test anche processi con i quali è possibile sviluppare bioprinter da normali stampanti a getto d'inchiostro.
Il bioinchiostro deve soddisfare requisiti elevati. Ad esempio, ogni sostanza che deve essere utilizzata per scopi clinici deve soddisfare severi requisiti internazionali. Prima di poter essere utilizzate nel bioprinting, tali sostanze devono essere sottoposte ad anni di test.
Struttura e funzionalità
La funzionalità di un bioprinter è molto simile al principio di funzionamento di una normale stampante 3D. Gli stampi vengono costruiti utilizzando un estrusore. Tuttavia, la polvere di PVC non viene utilizzata, come nel caso delle stampanti 3D convenzionali, ma un gel polimerico, solitamente a base di alginato.
Le attuali bioprinter, che vengono occasionalmente utilizzate nella pratica, producono goccioline che contengono ciascuna tra 10.000 e 30.000 singole cellule. L'organizzazione di queste singole cellule dovrebbe unirsi per formare strutture tissutali funzionali sulla base dei corrispondenti fattori di crescita.
Le bioprinter richiedono il controllo della temperatura per una stampa precisa. Gli attuali bioprinter sono spazialmente molto grandi e possono essere diversi metri di larghezza, lunghezza e altezza. Gli stantuffi delle siringhe sono controllati tramite un computer, che di solito si trova all'esterno della stampante. La base per questo sono i dati disponibili digitalmente di un modello 3D. Il bioinchiostro viene estratto da un massimo di otto ugelli di spruzzatura e la struttura prevista viene costruita su una piattaforma.
Benefici medici e per la salute
In linea di principio, le bioprinter devono essere utilizzate in tre aree in particolare: in medicina, nell'industria alimentare e nella biologia sintetica. In medicina, è concepibile e pianificato l'uso di bioprinter nelle sotto-aree di terapia chirurgica, chirurgia ricostruttiva, donazione di organi e trapianti.Un grande vantaggio è evidente, soprattutto con organi da bioprinter: l'esatto coordinamento con il corpo destinato al trapianto. In questo modo, è possibile interrompere la ricerca di un organo donatore idoneo e adatto all'organismo ricevente.
Nella chirurgia ricostruttiva sono attesi semplificazione e miglioramento. Qui sono concepibili procedure in cui le cellule vengono prelevate dal paziente da diverse parti del corpo, come orecchie, dita e ginocchia. Queste cellule vengono propagate in un laboratorio. Quindi viene aggiunto il biopolimero. Il bioprinter può teoricamente costruire un trapianto da una tale sospensione. Questo è usato per il paziente. Le stesse cellule del corpo poi scompongono il biopolimero nel tempo. Il vantaggio particolare potrebbe essere che il corpo non rigetta il trapianto. Inoltre, un tale trapianto potrebbe crescere con il corpo. La ragione di questa proprietà positiva è che l'impianto è collegato al controllo della crescita del paziente.
Il campo di ricerca sull'uso delle bioprinter in medicina continua a crescere. Al momento, fare innesti di cartilagine, come un naso, è molto concepibile. La produzione di organi del corpo è vista in modo più critico. In particolare, il numero di capillari necessari per l'alimentazione degli organi non può essere attualmente immaginato con la precisione richiesta. Un altro problema può derivare dal fatto che in strutture così complesse come gli organi del corpo cellule diverse devono essere coordinate e comunicare tra loro per poter svolgere diverse funzioni.
Le bioprinter possono essere utilizzate anche per produrre carne nell'industria alimentare. Secondo le loro stesse dichiarazioni, le prime aziende hanno già stampato con successo tali prodotti. Questi dovrebbero essere gustosi e meno costosi del macello. Tuttavia, nessuna carne stampata mediante bioprinting è attualmente disponibile nei negozi.
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