{"id":1716,"date":"2019-05-22T02:47:44","date_gmt":"2019-05-22T02:47:44","guid":{"rendered":"http:\/\/www.meetyoucarbide.com\/single-post-take-you-into-the-world-of-bio-3d-printing\/"},"modified":"2020-05-04T13:12:05","modified_gmt":"2020-05-04T13:12:05","slug":"take-you-into-the-world-of-bio-3d-printing","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/take-you-into-the-world-of-bio-3d-printing\/","title":{"rendered":"Zabierz Ci\u0119 do \u015bwiata biografii 3D"},"content":{"rendered":"
\n
\"\"<\/p>\n
Druk tr\u00f3jwymiarowy (3DP), znany r\u00f3wnie\u017c jako wytwarzanie addytywne, technologia szybkiego prototypowania, technologia swobodnego formowania itp., Opiera si\u0119 na zasadzie dyskretnego uk\u0142adania w stos, z wykorzystaniem komputerowych technik nak\u0142adania warstw i formowania superpozycji. Materia\u0142 jest dodawany warstwa po warstwie, aby utworzy\u0107 bry\u0142\u0119 3D. Odk\u0105d koncepcja technologii druku 3D zosta\u0142a po raz pierwszy zaproponowana przez Charlesa W. Hulla w 1986 roku, druk 3D wkroczy\u0142 we wszystkie dziedziny \u017cycia i wprowadzi\u0142 innowacje, co zaowocowa\u0142o globaln\u0105 produkcj\u0105 dzi\u0119ki wyj\u0105tkowym zaletom w zakresie wysokiej precyzji, spersonalizowanej produkcji i konstrukcji o skomplikowanym kszta\u0142cie . Zmiana bran\u017cy. Biologiczny druk 3D to wielorakie zastosowanie technologii druku 3D w dziedzinie biomedycyny, kt\u00f3ra ma wa\u017cne znaczenie badawcze i perspektywy zastosowania. Technologi\u0119 drukowania 3D mo\u017cna wykorzysta\u0107 do tworzenia standardowych modeli, a tak\u017ce stent\u00f3w chirurgicznych dostosowanych do potrzeb pacjent\u00f3w. Wada kostna pacjenta jest skanowana za pomoc\u0105 technik obrazowania medycznego, takich jak tomografia komputerowa (CT) lub j\u0105drowy rezonans magnetyczny (MRI) w celu uzyskania po\u017c\u0105danego modelu stentu, kt\u00f3ry nast\u0119pnie jest drukowany przy u\u017cyciu tr\u00f3jwymiarowej drukarki. Trudno to osi\u0105gn\u0105\u0107 za pomoc\u0105 tradycyjnych technik formowania. W ostatnich latach technologia druku 3D jest szeroko stosowana w medycynie, w tym przeszczep\u00f3w czaszkowo-twarzowych, odbudowy korony, urz\u0105dze\u0144 protetycznych, sprz\u0119tu medycznego, modeli chirurgicznych, drukowania narz\u0105d\u00f3w, modeli podawania lek\u00f3w, stent\u00f3w in\u017cynierii tkanki kostnej itp. [1]. Technologia druku 3D cieszy si\u0119 du\u017cym zainteresowaniem naukowc\u00f3w ze wzgl\u0119du na mo\u017cliwo\u015b\u0107 dostosowania, kontrol\u0119 strukturaln\u0105 i por\u00f3w oraz zdolno\u015b\u0107 do \u0142\u0105czenia wielu materia\u0142\u00f3w. Trend ten zainspirowa\u0142 r\u00f3wnie\u017c wiele wynalazk\u00f3w prze\u0142omowymi metodami leczenia i urz\u0105dzeniami.<\/div>\n

Nast\u0119pnie szczeg\u00f3\u0142owo wyszczeg\u00f3lnimy biomateria\u0142y obecnie dost\u0119pne do drukowania 3D w dziedzinie in\u017cynierii tkanki kostnej, w tym ich mocne i s\u0142abe strony oraz standardy drukowania. Jednocze\u015bnie, poniewa\u017c r\u00f3\u017cne drukarki mog\u0105 drukowa\u0107 r\u00f3\u017cne biomateria\u0142y, dajemy r\u00f3wnie\u017c kr\u00f3tki przegl\u0105d rodzaj\u00f3w i zasad formowania drukarek 3D. Mamy nadziej\u0119, \u017ce ten przegl\u0105d zach\u0119ci wi\u0119cej zespo\u0142\u00f3w badawczych do wynalezienia nowych biomateria\u0142\u00f3w, a ostatecznie sprawi, \u017ce technologia drukowania 3D b\u0119dzie bardziej rozwini\u0119ta w dziedzinie in\u017cynierii tkanki kostnej.<\/p>\n

1. Wprowadzenie do klasyfikacji technologii druku 3D<\/h2>\n
To, czy mo\u017cna drukowa\u0107 biomateria\u0142y, ma wiele wsp\u00f3lnego z u\u017cywanymi drukarkami 3D. R\u00f3\u017cne drukarki maj\u0105 r\u00f3\u017cne wymagania materia\u0142owe. W dziedzinie biomedycyny g\u0142\u00f3wne u\u017cywane drukarki s\u0105 podzielone na cztery typy: fotoutwardzalna technologia druku stereofonicznego, technologia drukowania z nak\u0142adaniem stopionym, technologia selektywnego spiekania laserowego i technologia bezpo\u015bredniego wyt\u0142aczania zawiesiny.<\/div>\n
Techniki osadzania stopionego i bezpo\u015bredniego wyt\u0142aczania zawiesiny s\u0105 dwoma powszechnie stosowanymi metodami przygotowania rusztowa\u0144 do in\u017cynierii tkanki kostnej. Niekt\u00f3re bezpo\u015brednio drukowane pasty to roztwory polimer\u00f3w, kt\u00f3re s\u0105 mieszane z wod\u0105 lub rozpuszczalnikami o niskiej temperaturze wrzenia (dichlorometan (DCM), dimetylosulfotlenek (DMSO), niekt\u00f3re s\u0105 roztworami polimer\u00f3w, kt\u00f3re szybko odparowuj\u0105 po wyt\u0142aczaniu lub niekt\u00f3re hydro\u017cele zachowuj\u0105 swoj\u0105 pierwotn\u0105 struktur\u0119 po wyt\u0142aczaniu. powstaj\u0105 w wyniku tr\u00f3jwymiarowego drukowania, mo\u017cna zachowa\u0107 kszta\u0142t poprzez zachowanie tiksotropowe, wykrywanie temperatury lub sieciowanie po wyt\u0142aczaniu. Do osadzania przez stapianie i drukowania bezpo\u015bredniego. Rozdzielczo\u015b\u0107 mo\u017ce wynosi\u0107 nawet 25 mikron\u00f3w w p\u0142aszczy\u017anie XY, a warstwa grubo\u015b\u0107 wynosi 200-500 mikron\u00f3w [2]. Zasadniczo te dwie metody maj\u0105 problemy z drukowaniem d\u0142ugich nieobs\u0142ugiwanych lub ostro zako\u0144czonych modeli. Filamenty nie maj\u0105 wystarczaj\u0105cej wytrzyma\u0142o\u015bci, aby si\u0119 natychmiast utrzyma\u0107, wi\u0119c wyst\u0119puje lu\u017ane lub ca\u0142kowite za\u0142amanie w nieobs\u0142ugiwana cz\u0119\u015b\u0107. Aby rozwi\u0105za\u0107 ten problem, czasami materia\u0142 wype\u0142niaj\u0105cy jest dodawany podczas procesu drukowania, po zako\u0144czeniu drukowania. Rozpuszcza si\u0119 w rozpuszczalniku lub kalcynowane w wysokiej temperaturze.<\/div>\n
Technologia druku 3D w topieniu cz\u0105stek jest szeroko stosowana w prototypowaniu przemys\u0142owym, w tym w technologii selektywnego spiekania laserowego i technologii adhezji cz\u0105stek, kt\u00f3ra nie tylko drukuje polimery, ceramik\u0119, metale i ich kompozyty, ale tak\u017ce nadaje im niepowtarzaln\u0105 lub skomplikowan\u0105 struktur\u0119. Selektywne spiekanie laserowe wykorzystuje laser o okre\u015blonej orientacji, aby doprowadzi\u0107 cz\u0105stki polimeru lub metalu powy\u017cej ich temperatury topnienia, a tym samym stopi\u0107 cz\u0105stki razem. Wi\u0105zka laserowa jest nak\u0142adana warstwowo zgodnie z modelem komputerowym, a cz\u0105stki topi si\u0119 od g\u00f3ry, a ten etap powtarza si\u0119, aby osi\u0105gn\u0105\u0107 ko\u0144cowy wynik [3]. Selektywna technologia laserowa jest wolniejsza w budowie, bardziej kosztowna i wymaga u\u017cycia du\u017cej ilo\u015bci materia\u0142u, ale jej zdolno\u015b\u0107 do formowania wielu materia\u0142\u00f3w na jednej obrabiarce wci\u0105\u017c sprawia, \u017ce jest hitem w wielu obszarach produkcyjnych. Technologia \u0142\u0105czenia cz\u0105stek jest r\u00f3wnie\u017c znana jako technologia bezkierunkowego spiekania laserowego, a jej g\u0142\u00f3wna zasada jest podobna do technologii selektywnego spiekania laserowego. Jednak w przeciwie\u0144stwie do laserowego stapiania cz\u0105stek, technika \u0142\u0105czenia cz\u0105stek wykorzystuje ciek\u0142y roztw\u00f3r spoiwa do wi\u0105zania cz\u0105stek, a nast\u0119pnie uzyskania tr\u00f3jwymiarowego cia\u0142a sta\u0142ego przez kalcynacj\u0119 w wysokiej temperaturze. W in\u017cynierii tkanek twardych, takich jak ortopedia lub chirurgia jamy ustnej, zastosowano techniki selektywnego spiekania laserowego i techniki adhezji cz\u0105stek.<\/div>\n
Stereolitografia jest procesem formowania \u015bwiat\u0142a ultrafioletowego lub \u015bwiat\u0142a laserowego przez zdolny do fotopolimeryzacji ciek\u0142y polimer w celu utworzenia pojedynczej, sztywnej folii polimerowej. Po polimeryzacji pod\u0142o\u017ce jest obni\u017cane do roztworu, dzi\u0119ki czemu nowa \u017cywica mo\u017ce przep\u0142ywa\u0107 nad drukowan\u0105 powierzchni\u0105 i polimeryzowa\u0107 powy\u017cej. Spo\u015br\u00f3d wszystkich technologii drukowania litografia stereo ma najwy\u017csz\u0105 rozdzielczo\u015b\u0107, tradycyjna rozdzielczo\u015b\u0107 litografii stereo osi\u0105ga 25 mikron\u00f3w, podczas gdy litografia stereo w mikroskali i precyzyjna litografia stereo maj\u0105 rozdzielczo\u015b\u0107 pojedynczego mikrona [4]]. Jednak ze wzgl\u0119du na stereolitografi\u0119 mo\u017cna go sieciowa\u0107 tylko w \u015bwietle ultrafioletowym, rozszerzone w\u0142a\u015bciwo\u015bci po formowaniu, brak odpowiednich w\u0142a\u015bciwo\u015bci mechanicznych, \u017cywica jest \u0142atwo blokowana na ko\u0144cu, a co najwa\u017cniejsze, nie ma odpowiednich faz biologicznych, kt\u00f3re mo\u017cna zastosowa\u0107 do stereolitografii . Pojemno\u015bciowe i biodegradowalne materia\u0142y sprawiaj\u0105, \u017ce nie ma miejsca na rozw\u00f3j w dziedzinie medycyny. Jednak w ostatnich latach odkrycie niekt\u00f3rych naturalnych lub syntetycznych sieciowalnych biomateria\u0142\u00f3w da\u0142o ogromne mo\u017cliwo\u015bci zastosowania stereolitografii w dziedzinie in\u017cynierii tkankowej [5].<\/div>\n
Rycina 1 Jak wydrukowa\u0107 ucho [6]<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

2. Klasyfikacja materia\u0142\u00f3w biomedycznych w druku tr\u00f3jwymiarowym<\/h2>\n
W ci\u0105gu ostatnich dziesi\u0119ciu lat technologia drukowania 3D szybko si\u0119 rozwin\u0119\u0142a, co pozwoli\u0142o na jej zastosowanie w wielu nowych dziedzinach i przyci\u0105gn\u0119\u0142o uwag\u0119 sprz\u0119tu medycznego i in\u017cynierii tkankowej. Poniewa\u017c drukowanie 3D mo\u017ce w kr\u00f3tkim czasie i przy niskich kosztach dostosowa\u0107 okre\u015blone produkty medyczne do potrzeb pacjent\u00f3w, sprawia to, \u017ce technologia druku 3D ma du\u017ce perspektywy rozwoju w przysz\u0142ej erze osobistej medycyny. Obecnie istnieje wiele materia\u0142\u00f3w biologicznych do przygotowania rusztowa\u0144 do in\u017cynierii tkanki kostnej lub innych produkt\u00f3w medycznych za pomoc\u0105 druku tr\u00f3jwymiarowego. W tej sesji przedstawimy przegl\u0105d w\u0142a\u015bciwo\u015bci materia\u0142\u00f3w wymaganych dla r\u00f3\u017cnych technologii drukowania oraz podkre\u015blymy zastosowane biomateria\u0142y oraz ich zalety i wady.<\/div>\n

2.1 Ceramiczna zawiesina podstawy<\/h3>\n
Aktywna ceramika biomedyczna jest idealna do bionicznych materia\u0142\u00f3w do naprawy ko\u015bci, symuluj\u0105c faz\u0119 mineraln\u0105, struktur\u0119 i w\u0142a\u015bciwo\u015bci mechaniczne naturalnej ko\u015bci. Obecnie trudno jest bezpo\u015brednio drukowa\u0107 materia\u0142y ceramiczne za pomoc\u0105 drukarek 3D, poniewa\u017c ciek\u0142e materia\u0142y ceramiczne s\u0105 ma\u0142e, a ich temperatura topnienia wykracza daleko poza zakres, kt\u00f3ry mo\u017ce wytrzyma\u0107 druk termotopliwy. Ponadto materia\u0142y ceramiczne nie nadaj\u0105 si\u0119 do fotoutwardzania technologii druku tr\u00f3jwymiarowego ze wzgl\u0119du na brak w\u0142a\u015bciwo\u015bci \u015bwiat\u0142oczu\u0142ych. Trudno jest r\u00f3wnie\u017c wydrukowa\u0107 porowat\u0105 struktur\u0119 o wysokiej g\u0119sto\u015bci przy u\u017cyciu systemu selektywnego spiekania laserowego. Technologia bezpo\u015bredniego wyt\u0142aczania 3D jest obecnie najbardziej obiecuj\u0105c\u0105 metod\u0105 drukowania materia\u0142\u00f3w ceramicznych. Proszek ceramiczny musi mie\u0107 odpowiedni\u0105 wielko\u015b\u0107 cz\u0105stek (zwykle 10-150 mikron\u00f3w) i odpowiedni roztw\u00f3r wi\u0105\u017c\u0105cy, aby u\u0142atwi\u0107 drukowanie. Formowanie [7].<\/div>\n
Proszek hydroksyapatytu jest szeroko stosowany w druku tr\u00f3jwymiarowym, co wi\u0105\u017ce si\u0119 z du\u017c\u0105 ilo\u015bci\u0105 fosforanu wapnia w jego fazie mineralnej. Roztw\u00f3r poliakrylowy napylano na warstw\u0119 proszku HA warstwa po warstwie, a nast\u0119pnie spiekano w celu zako\u0144czenia procesu utwardzania, tak \u017ce otrzymali\u015bmy sprz\u0119ganie hydroksyapatytu. Poprzez spiekanie jego wytrzyma\u0142o\u015b\u0107 na \u015bciskanie (0,5-12 MPa) mo\u017ce spe\u0142nia\u0107 minimalne wymagania ludzkiej ko\u015bci g\u0105bczastej. Przeszczepiono go do modelu mysiego, a po 8 tygodniach na brzegu stentu rozpocz\u0119\u0142o si\u0119 tworzenie nowej ko\u015bci, aw \u015brodku wyros\u0142y osteoidy i naczynia krwiono\u015bne. Jednak pomimo doskona\u0142ego dzia\u0142ania sztucznego rusztowania kostnego nadal daleko mu do standardu klinicznego zastosowania [8]. Bioglass to agregat krzemian\u00f3w, w kt\u00f3rym cz\u0105steczki wewn\u0119trzne s\u0105 losowo rozmieszczone. Sk\u0142adniki w materiale mog\u0105 wymienia\u0107 si\u0119 lub reagowa\u0107 ze sk\u0142adnikami w \u017cywym ciele, tworz\u0105c substancj\u0119 kompatybiln\u0105 z samym organizmem. Naukowcy przeprowadzili seri\u0119 bada\u0144 na bioaktywnym szkle poprzez eksperymenty na kom\u00f3rkach i na zwierz\u0119tach i stwierdzili, \u017ce bioglass ma doskona\u0142\u0105 samodegradacj\u0119, a jego produkt jonowy mo\u017ce zwi\u0119ksza\u0107 proliferacj\u0119 i r\u00f3\u017cnicowanie osteoblast\u00f3w oraz aktywowa\u0107 ekspresj\u0119 gen\u00f3w osteogennych. Aby skutecznie leczy\u0107 zwi\u0105zane z nowotworami zaburzenia uboczne ko\u015bci, Lu i wsp. [9] najpierw przygotowali mezoporowat\u0105 bio-szyb\u0119 modyfikowan\u0105 nanocz\u0105stkami i zmieszali j\u0105 z chitozanem, aby przygotowa\u0107 porowate rusztowanie kompozytowe. Rusztowanie kompozytowe ma dobre funkcje regeneracji ko\u015bci i terapii fototermicznej oraz ma wielk\u0105 warto\u015b\u0107 u\u017cytkow\u0105 w leczeniu wad ko\u015bci zwi\u0105zanych z nowotworem.<\/div>\n
Rycina 2 Sztuczna ko\u015b\u0107 superelastyczna [10]<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

2.1 Biomedyczne materia\u0142y polimerowe<\/h3>\n
Medyczne materia\u0142y do drukowania polimerowego maj\u0105 doskona\u0142e w\u0142a\u015bciwo\u015bci przetwarzania, mog\u0105 by\u0107 stosowane w r\u00f3\u017cnych trybach drukowania oraz maj\u0105 dobr\u0105 biokompatybilno\u015b\u0107 i zdolno\u015b\u0107 do rozk\u0142adu, co czyni je g\u0142\u00f3wn\u0105 si\u0142\u0105 w biomateria\u0142ach do drukowania 3D. R\u00f3\u017cne techniki drukowania wymagaj\u0105 ustawienia r\u00f3\u017cnych parametr\u00f3w drukowania materia\u0142u. Na przyk\u0142ad druk stopionego osadzania wykorzystuje termoplastyczny materia\u0142 polimerowy, kt\u00f3ry mo\u017cna wydrukowa\u0107, po prostu wci\u0105gaj\u0105c surowiec do kszta\u0142tu filamentu, ale jego \u015brednica wynosi zwykle oko\u0142o 1,75 mm i ma on w\u0142a\u015bciwo\u015bci konwersji szybkiego roztworu sta\u0142ego, aby zapewni\u0107, \u017ce jest \u015bci\u015bni\u0119ty. Szybko topi si\u0119 przed wyj\u015bciem i mo\u017ce by\u0107 szybko sch\u0142odzony po wyt\u0142aczaniu. Technologia fotograficznego druku tr\u00f3jwymiarowego wymaga, aby zawiesina by\u0142a w stanie ciek\u0142ym i mia\u0142a w\u0142a\u015bciwo\u015bci \u015bwiat\u0142oczu\u0142e.<\/div>\n
Obecnie najcz\u0119\u015bciej stosowanymi tr\u00f3jwymiarowymi materia\u0142ami polimerowymi do drukowania s\u0105 degradowalne alifatyczne materia\u0142y poliestrowe, takie jak kwas polimlekowy (PLA) i polikaprolakton (PCL). Polikaprolakton jest p\u00f3\u0142krystalicznym polimerem, kt\u00f3ry zosta\u0142 porzucony a\u017c do powstania in\u017cynierii tkankowej i drukowania 3D, a PCL ponownie znajduje si\u0119 na scenie historycznej. Polikaprolakton ma doskona\u0142e w\u0142a\u015bciwo\u015bci reologiczne i lepkospr\u0119\u017cyste po podgrzaniu, co czyni go jednym z najwa\u017cniejszych materia\u0142\u00f3w do drukarek opartych na osadzaniu stopionym. Polikaprolakton jest stabilny w organizmie przez okres do sze\u015bciu miesi\u0119cy, po czym nast\u0119puje stopniowa degradacja, a produkty uboczne s\u0105 nietoksyczne i nieszkodliwe dla organizmu ludzkiego. Kwas polimlekowy jest liniowym termoplastycznym alifatycznym poliestrem o dobrej biokompatybilno\u015bci i biodegradowalno\u015bci. Poniewa\u017c jednak degradacj\u0119 kwasu polimlekowego osi\u0105ga si\u0119 przez hydroliz\u0119 wi\u0105za\u0144 estrowych, uwalnianie kwasu mlekowego powoduje spadek warto\u015bci pH w otaczaj\u0105cym \u015brodowisku p\u0142yn\u00f3w ustrojowych. Te kwa\u015bne produkty uboczne s\u0105 podatne na zapalenie tkanek i \u015bmier\u0107 kom\u00f3rek. Aby rozwi\u0105za\u0107 ten problem, naukowcy po\u0142\u0105czyli kwas polimlekowy z bioceramikami, aby przygotowa\u0107 rusztowania kompozytowe w celu poprawy ich bioaktywno\u015bci i utrudnienia powstawania kwa\u015bnych \u015brodowisk. Ion i wsp. [11] zastosowali technik\u0119 drukowania 3D do wytworzenia nowej struktury kompozytowej apatyt-wollastonit \/ kwas polimlekowy (AW \/ PLA), kt\u00f3ra odpowiada w\u0142a\u015bciwo\u015bciom ko\u015bci korowej i g\u0105bczastej. Wyniki eksperyment\u00f3w z kom\u00f3rkami in vitro wykaza\u0142y, \u017ce kompozytowe rusztowanie AW \/ PLA mo\u017ce skutecznie promowa\u0107 proliferacj\u0119 i r\u00f3\u017cnicowanie osteogenne mezenchymalnych kom\u00f3rek macierzystych pochodz\u0105cych ze szpiku kostnego. W modelu ubytku czaszki szczura kompozytowe rusztowanie wykaza\u0142o dobr\u0105 osseointegracj\u0119 i zdolno\u015b\u0107 do promowania tworzenia nowej ko\u015bci.<\/div>\n
Opr\u00f3cz PLA i PCL, polipropylen (PPF) jest jednym z najlepiej przebadanych biodegradowalnych i zdolnych do fotoutwardzania materia\u0142\u00f3w polimerowych do fotoutwardzania. Zazwyczaj drukowan\u0105 past\u0119 miesza si\u0119 z rozpuszczalnikiem DEF fumaranu dietylu, a tak\u017ce dodaje si\u0119 fotoinicjator. Lepko\u015b\u0107 roztworu i stosunek PPF do DEF maj\u0105 du\u017cy wp\u0142yw na proces drukowania i w\u0142a\u015bciwo\u015bci mechaniczne stentu. Polieteroetherketon (PEEK) mo\u017cna wytwarza\u0107 tylko za pomoc\u0105 technologii selektywnego spiekania laserowego ze wzgl\u0119du na jego temperatur\u0119 topnienia 350 \u00b0 C. Jednak wysoka temperatura topnienia zapewnia r\u00f3wnie\u017c odporno\u015b\u0107 na ciep\u0142o PEEK, co czyni go stabilnym podczas sterylizacji parowej w wysokiej temperaturze. Jednak jako materia\u0142 biologiczny PPEK nie ma osseointegracji sprzyjaj\u0105cej in\u017cynierii tkankowej i nie mo\u017cna go dobrze \u0142\u0105czy\u0107 z naturaln\u0105 ko\u015bci\u0105, dlatego \u0142atwo wywo\u0142a\u0107 pewne reakcje odrzucenia, a cena jest droga [12].<\/div>\n

2.3 zawiesina hydro\u017celowa<\/h3>\n
Hydro\u017cel jest polimerem utworzonym przez chemiczne sieciowanie lub fizyczne sieciowanie polimeru rozpuszczalnego w wodzie, ma tr\u00f3jwymiarow\u0105 struktur\u0119 sieciowanej sieci, a tak\u017ce zawiera du\u017c\u0105 ilo\u015b\u0107 samej wody. Hydro\u017cel ma w\u0142a\u015bciwo\u015bci regulowanej wytrzyma\u0142o\u015bci, podatno\u015bci na rozk\u0142ad, modyfikacji funkcjonalnej itp. I mo\u017ce by\u0107 stosowany jako mi\u0119kki materia\u0142 na\u015bladuj\u0105cy mikro\u015brodowisko macierzy pozakom\u00f3rkowej, co sprawia, \u017ce hydro\u017cel ma szerokie mo\u017cliwo\u015bci zastosowania w medycynie. Mo\u017cna go wykorzysta\u0107 do przygotowania dwu- lub tr\u00f3jwymiarowych rusztowa\u0144 do in\u017cynierii tkankowej i kontrolowanego uwalniania lek\u00f3w. Powszechnie stosowane tr\u00f3jwymiarowo drukowane pasty hydro\u017celowe dziel\u0105 si\u0119 g\u0142\u00f3wnie na trzy kategorie: jedn\u0105 wytwarza si\u0119 z naturalnych polimer\u00f3w, takich jak alginian, agar, \u017celatyna, celuloza, kolagen, fibroina jedwabiu, kwas hialuronowy itp. Jeden rodzaj jest przygotowywany z syntetycznych polimer\u00f3w, takich jak jako poliakryloamid, poliuretan, glikol polietylenowy itp .; drugi to zawiesina na bazie hydro\u017celu z\u0142o\u017cona z polimeru syntetycznego i polimeru naturalnego.<\/div>\n
Spo\u015br\u00f3d rozpuszczalnych w wodzie syntetycznych polimer\u00f3w medyczny alkohol poliwinylowy (PVA) jest szeroko stosowany w dziedzinie in\u017cynierii tkankowej. PVA ma dobr\u0105 biokompatybilno\u015b\u0107, jest nietoksyczny i \u0142atwo ulega rozk\u0142adowi, mo\u017ce by\u0107 rozpuszczony w wodzie o temperaturze 95 \u00b0 C, tworzy \u017cel i ma wysok\u0105 lepko\u015b\u0107. Zhang i wsp. [13] przygotowali rusztowania kompozytowe MBG \/ PVA z po\u0142\u0105czonymi porami. Dodatek PVA znacznie poprawi\u0142 wytrzyma\u0142o\u015b\u0107 materia\u0142\u00f3w. Eksperymenty na zwierz\u0119tach z wykorzystaniem modelu ubytku ko\u015bci czaszki szczura wykaza\u0142y r\u00f3wnie\u017c, \u017ce rusztowanie MBG \/ PVA ma doskona\u0142\u0105 aktywno\u015b\u0107 osteoindukcyjn\u0105 i sprzyja tworzeniu nowej ko\u015bci i angiogenezie przy ubytku ko\u015bci.<\/div>\n
Obecnie przeprowadzono wiele eksperyment\u00f3w, w kt\u00f3rych kom\u00f3rki s\u0105 hodowane wsp\u00f3lnie z drukowanymi w 3D bios rusztowaniami. Wyniki pokazuj\u0105 r\u00f3wnie\u017c, \u017ce kom\u00f3rki mog\u0105 przetrwa\u0107 na r\u00f3\u017cnych tr\u00f3jwymiarowych rusztowaniach i s\u0105 lepsze ni\u017c zwyk\u0142e dwuwymiarowe kultury. Ale to tylko dwuwymiarowy efekt kom\u00f3rek i materia\u0142\u00f3w i nie umieszcza kom\u00f3rek bezpo\u015brednio w systemie drukowania. Bezpo\u015brednie mieszanie kom\u00f3rek z past\u0105 do drukowania jako nowy pomys\u0142 r\u00f3wnie\u017c wzbudzi\u0142o szerokie zainteresowanie badaczy. Naturalne hydro\u017cele maj\u0105 dobr\u0105 kompatybilno\u015b\u0107 cytow\u0105. Jego sk\u0142ad jest podobny do sk\u0142adu macierzy pozakom\u00f3rkowej, a jego zdolno\u015b\u0107 do przylegania do bia\u0142ek i kom\u00f3rek na powierzchni jest s\u0142aba i prawie nie wp\u0142ywa na proces metaboliczny kom\u00f3rek. Mo\u017ce owija\u0107 kom\u00f3rki, transportowa\u0107 substancje od\u017cywcze i wydziela\u0107 metabolity. Andrea i in. [14] przetestowali bio-tuszowe formulacje kolagenu typu I i kwasu hialuronowego w r\u00f3\u017cnych proporcjach i wyznaczyli optymaln\u0105 formu\u0142\u0119, kt\u00f3ra umo\u017cliwia bioprint, jednocze\u015bnie wspieraj\u0105c aktywno\u015b\u0107 biologiczn\u0105 i wspieraj\u0105c interakcje natywnej matrycy kom\u00f3rkowej. . Zastosowali ten preparat do budowy tr\u00f3jwymiarowej tkanki w\u0105troby zawieraj\u0105cej ludzkie pierwotne hepatocyty i kom\u00f3rki gwia\u017adziste w\u0105troby i przetestowali dzia\u0142anie acetaminofenu, wsp\u00f3lnego toksycznego dla w\u0105troby. Wyniki pokazuj\u0105, \u017ce po\u0142\u0105czenie kolagenu metakrylanu metylu i kwasu hialuronowego tiolu daje prosty, drukowalny bio-atrament, kt\u00f3ry reguluje wzrost kom\u00f3rek mezenchymalnych i leczy leki. Miej w\u0142a\u015bciw\u0105 reakcj\u0119.<\/div>\n
Rycina 3 Bioprint<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

3. Wnioski i perspektywy<\/h2>\n
Technologia druku tr\u00f3jwymiarowego ma \u015bwietne perspektywy zastosowania, ale nadal istnieje wiele problem\u00f3w do rozwi\u0105zania jako g\u0142\u00f3wni cz\u0142onkowie dziedziny biomedycznej. Jednym z problem\u00f3w s\u0105 ograniczenia w\u0142asnych mo\u017cliwo\u015bci drukarki 3D. Chocia\u017c jego szybko\u015b\u0107 drukowania i dok\u0142adno\u015b\u0107 drukowania zosta\u0142y znacznie poprawione, w wielu przypadkach nadal nie mo\u017ce osi\u0105gn\u0105\u0107 najlepszego poziomu. Kolejnym powa\u017cnym problemem s\u0105 ograniczenia alternatywnych biomateria\u0142\u00f3w. Chocia\u017c wiele materia\u0142\u00f3w, kt\u00f3re mo\u017cna zadrukowa\u0107, ma swoje zalety, materia\u0142y u\u017cyte do przeszczepu musz\u0105 spe\u0142nia\u0107 wymagania warunk\u00f3w fizjologicznych i mie\u0107 dobr\u0105 reakcj\u0119 na ludzkie cia\u0142o. Og\u00f3lnie rzecz bior\u0105c, idealne materia\u0142y ortopedyczne wymagaj\u0105 nast\u0119puj\u0105cych cech: (1) drukowno\u015bci, (2) biokompatybilno\u015bci, (3) doskona\u0142ych w\u0142a\u015bciwo\u015bci mechanicznych, (4) dobrej zdolno\u015bci do rozk\u0142adu i (5) produkt\u00f3w ubocznych. Nietoksyczny i degradowalny, (6) dobre w\u0142a\u015bciwo\u015bci biomimetyczne tkanek. R\u00f3\u017cne typy drukarek maj\u0105 r\u00f3\u017cne wymagania materia\u0142owe, a te cechy s\u0105 czasami trudne do pe\u0142nego spe\u0142nienia. Na przyk\u0142ad, w in\u017cynierii tkanki kostnej, z jednej strony, wymagany jest materia\u0142 rusztowania o wysokiej wytrzyma\u0142o\u015bci, aby sprosta\u0107 wzrostowi i obci\u0105\u017ceniu osteoblast\u00f3w, ale powoduje to r\u00f3wnie\u017c problem trudno\u015bci w degradacji rusztowania. Niekt\u00f3re mi\u0119kkie materia\u0142y o niskiej wytrzyma\u0142o\u015bci s\u0105 \u0142atwe do drukowania i \u0142atwo ulegaj\u0105 degradacji, ale nie mo\u017cna ich nak\u0142ada\u0107 na cz\u0119\u015bci przenosz\u0105ce obci\u0105\u017cenia. Zasadniczo tr\u00f3jwymiarowo drukowane pasty stosuje si\u0119 w dziedzinie naprawy ko\u015bci i chrz\u0105stek ze wzgl\u0119du na ich w\u0142asn\u0105 twardo\u015b\u0107 i naturaln\u0105 blisko\u015b\u0107 ko\u015bci. Zasadniczo wyb\u00f3r biomateria\u0142\u00f3w polega na zr\u00f3wnowa\u017ceniu ich wydajno\u015bci w celu uzyskania po\u017c\u0105danego materia\u0142u.<\/div>\n
Bio-zawiesina polimerowa by\u0142a szeroko badana, szczeg\u00f3lnie w przypadku niedrogich elastomer\u00f3w, takich jak PLA i PCL. Materia\u0142y te maj\u0105 doskona\u0142\u0105 biokompatybilno\u015b\u0107 i w\u0142a\u015bciwo\u015bci mechaniczne i s\u0105 szeroko stosowane jako materia\u0142y pod\u0142o\u017ca. Opr\u00f3cz tego w przysz\u0142ych badaniach nale\u017cy zwr\u00f3ci\u0107 uwag\u0119 na podatno\u015b\u0107 na rozk\u0142ad, krucho\u015b\u0107 i cytokompatybilno\u015b\u0107 materia\u0142\u00f3w polimerowych. Materia\u0142y ceramiczne, takie jak HA i \u03b2-TCP, tradycyjnie by\u0142y uwa\u017cane za idealne materia\u0142y na rusztowania do in\u017cynierii tkanek twardych i s\u0105 obecnie coraz cz\u0119\u015bciej stosowane w badaniach kompozyt\u00f3w ceramicznych i polimerowych. Dodanie materia\u0142\u00f3w ceramicznych mo\u017cna poprawi\u0107. Wytrzyma\u0142o\u015b\u0107 stentu i w\u0142a\u015bciwo\u015bci biologiczne kompozytu. Rozw\u00f3j bio-gnojowicy hydro\u017celowej i systemu drukowania zbli\u017cy\u0142 nas do drukowania wielofunkcyjnych system\u00f3w modelowych montowanych na kom\u00f3rkach i mamy nadziej\u0119, \u017ce pewnego dnia zostanie wydrukowany narz\u0105d. Proces ten rozpocz\u0105\u0142 si\u0119 od badania zawiesiny supramolekularnego hydro\u017celu. Wreszcie, je\u015bli technologia druku 3D ma by\u0107 zastosowana w medycynie, to jak przeprowadzi\u0107 masow\u0105 produkcj\u0119, jak kontrolowa\u0107 jako\u015b\u0107 i jak pokona\u0107 przeszkody w zarz\u0105dzaniu, to wszystkie problemy, kt\u00f3re nale\u017cy rozwi\u0105za\u0107. Mimo \u017ce droga jest d\u0142uga i d\u0142uga, druk 3D ostatecznie zab\u0142y\u015bnie w dziedzinie in\u017cynierii tkankowej i medycyny!<\/div>\n
Odniesienie<\/div>\n
[1] Murphy SV, Atala A. Bioprint 3D tkanek i narz\u0105d\u00f3w [J]. Nature Biotechnology, 2014, 32 (8): 773\u2013785.<\/div>\n
[2] Guvendiren M, Molde J, Soares RMD, i in. Projektowanie biomateria\u0142\u00f3w do drukowania 3D [J]. ACS Biomaterials Science & Engineering, 2016.<\/div>\n
[3] Vermeulen M., Claessens T., Van Der Smissen, Van Holsbeke, De Backer, Van Ransbeeck, Verdonck. Wytwarzanie specyficznych dla pacjenta optycznie dost\u0119pnych modeli dr\u00f3g oddechowych poprzez modelowanie z fuzji. Rapid Prototyping Journal 2013, 19 (5), 312-318.<\/div>\n
[4] Bertrand P, Bayle F, Combe C, Goeuriot P, Smurov I. Produkcja element\u00f3w ceramicznych metod\u0105 selektywnego spiekania laserowego. Appl. Surfowa\u0107. Sci. 2007, 254 (4), 989\u2013992.<\/div>\n
[5] Derby B. Drukowanie i prototypowanie tkanek i rusztowa\u0144 [J]. Science, 2012, 338 (6109): 921\u20136.<\/div>\n
[6] Kang, H.-W .; Lee, SJ; Ko, IK; Kengla, C .; Yoo, JJ; Atala, A. System bioprintingu 3D do produkcji konstrukcji tkankowych w skali ludzkiej o integralno\u015bci strukturalnej. Nat. Biotechnol. 2016, 34 (3), 312\u2013319.<\/div>\n
[7] Xiaoyu Du, Shengyang Fu, Yufang Zhu. Drukowanie 3D ruszt\u00f3w na bazie ceramiki do in\u017cynierii tkanki kostnej: przegl\u0105d. Journal of material chemistry B, 2018,6: 4397-4412.<\/div>\n
[8] Fierz FC, Beckmann F, Huser M itp. Morfologia anizotropowych rusztowa\u0144 hydroksyapatytowych z nadrukiem 3D. Biomaterials, 2008, 29 (28), 3799\u20133806.<\/div>\n
[9] Jiawei Lu, Fan Yang, Qinfei Ke, Xuetao Xie, Yaping Guo. Modyfikowane porowate rusztowania z nanocz\u0105stkami magnetycznymi do regeneracji ko\u015bci i terapii fototermicznej przeciw nowotworom. Nanomedycyna, 2018, 14 (3) \uff1a 811-822<\/div>\n
[10] AE Jakus, AL Rutz, SW Jordan, A. Kannan, SM Mitchell, C. Yun, KD Koube, SC Yoo, HE Whiteley, CP Richter, RD Galiano, WK Hsu, SR Stock, EL Hsu, RN Shah, Hiperelastyczna \u201eko\u015b\u0107\u201d: bardzo wszechstronny, wolny od czynnik\u00f3w wzrostu, osteoregeneracyjny, skalowalny i przyjazny chirurgicznie biomateria\u0142, Sci Transl Med, 2016, 8: 358.<\/div>\n
[11] Ion Tcacencu, Natacha Rodrigues, Naif Alharbi, Matthew Benning itp. Osseointegracja porowatych struktur kompozytowych apatyt-wollastonit i poli (kwasu mlekowego) utworzonych przy u\u017cyciu technik drukowania 3D. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl, 2018, 90: 1-7.<\/div>\n
[12] Hoath S.D, Vadillo D.C, Harlen O.G, McIlroy C, Morrison N.F, Hsiao W.K, Tuladhar T.R, Jung S, Martin G.D, Hutchings IM Drukowanie atramentowe s\u0142abo elastyczne roztwory polimer\u00f3w. J. Non-Newtonian Fluid Mech. 2014, 205,1\u201310.<\/div>\n
[13] Zhang, JH; Zhao, SC; Zhu, YF; Huang, YJ; Zhu, M .; Tao, CL; Zhang, CQ Tr\u00f3jwymiarowy druk mezoporowatych rusztowa\u0144 szklanych zawieraj\u0105cych stront do regeneracji ko\u015bci. Acta Biomater. 2014, 10 (5), 2269-2281.<\/div>\n
[14] Andrea Mazzocchi, Mahesh Devarasetty, Richard Huntwork, Shay Soker, Aleksander Skardal. Optymalizacja bioink hybrydowego kolagenu typu I z hialuronianem dla mikro\u015brodowisk w\u0105trobowych 3D. Biofabrykacja, 2018, 11 (1) \uff1a 015003.<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Three-dimensional printing (3DP), also known as additive manufacturing, rapid prototyping technology, free-forming technology, etc., is based on the principle of discrete-stacking, using computer-assisted layering and superposition molding techniques. Material is added layer by layer to form a 3D solid. Since the concept of 3D printing technology was first proposed by Charles W. Hull in 1986,…<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_jetpack_memberships_contains_paid_content":false,"footnotes":""},"categories":[79],"tags":[],"class_list":["post-1716","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-materials-weekly"],"jetpack_featured_media_url":"","jetpack_sharing_enabled":true,"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1716","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1716"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1716\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1716"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1716"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1716"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}