Memahami Bioprinting dan Aplikasinya

Bioprinting, sejenis Pencetakan 3D, menggunakan sel dan bahan biologis lainnya sebagai "tinta" untuk membuat struktur biologis 3D. Bahan bioprint memiliki potensi untuk memperbaiki organ, sel, dan jaringan yang rusak di tubuh manusia. Di masa depan, bioprinting dapat digunakan untuk membangun seluruh organ dari awal, kemungkinan yang dapat mengubah bidang bioprinting.

Para peneliti telah mempelajari banyak bioprinting jenis sel, termasuk sel punca, sel otot, dan sel endotel. Beberapa faktor menentukan apakah suatu bahan dapat di bioprint atau tidak. Pertama, bahan biologis harus biokompatibel dengan bahan dalam tinta dan printer itu sendiri. Selain itu, sifat mekanik dari struktur yang dicetak, serta waktu yang dibutuhkan untuk organ atau jaringan untuk matang, juga mempengaruhi prosesnya.

Bioink biasanya jatuh ke dalam salah satu dari dua jenis:

• Gel berbasis air, atau hidrogel, bertindak sebagai struktur 3D tempat sel dapat berkembang. Hidrogel yang mengandung sel dicetak ke dalam bentuk yang ditentukan, dan
  instagram viewer
  polimer di dalam hidrogel disatukan atau "diikat silang" sehingga gel yang dicetak menjadi lebih kuat. Polimer ini dapat diturunkan secara alami atau sintetis, tetapi harus kompatibel dengan sel.
• Agregat sel yang secara spontan bergabung bersama menjadi tisu setelah dicetak.

Proses bioprinting memiliki banyak kesamaan dengan proses pencetakan 3D. Bioprinting umumnya dibagi menjadi langkah-langkah berikut:

• Preprocessing: Model 3D berdasarkan rekonstruksi digital dari organ atau jaringan yang akan dicetak biok dipersiapkan. Rekonstruksi ini dapat dibuat berdasarkan gambar yang diambil secara non-invasif (mis. Dengan sebuah MRI) atau melalui proses yang lebih invasif, seperti serangkaian irisan dua dimensi yang dicitrakan dengan sinar-X.
• Pengolahan: Jaringan atau organ yang didasarkan pada model 3D pada tahap preprocessing dicetak. Seperti pada jenis pencetakan 3D lainnya, lapisan material ditambahkan secara berurutan untuk mencetak materi.
• Pengolahan pasca: Prosedur yang diperlukan dilakukan untuk mengubah cetakan menjadi organ atau jaringan fungsional. Prosedur-prosedur ini mungkin termasuk menempatkan cetakan di ruang khusus yang membantu sel untuk matang dengan baik dan lebih cepat.

Seperti jenis pencetakan 3D lainnya, bioink dapat dicetak dengan berbagai cara. Setiap metode memiliki kelebihan dan kekurangan yang berbeda.

• Bioprinting berbasis inkjet bertindak serupa dengan printer inkjet kantor. Ketika suatu desain dicetak dengan printer inkjet, tinta ditembakkan melalui banyak nozel kecil ke atas kertas. Ini menciptakan gambar yang terbuat dari banyak tetesan yang sangat kecil, mereka tidak terlihat oleh mata. Para peneliti telah mengadaptasi pencetakan inkjet untuk bioprinting, termasuk metode yang menggunakan panas atau getaran untuk mendorong tinta melalui nozel. Bioprinter ini lebih terjangkau daripada teknik lain, tetapi terbatas pada bioink viskositas rendah, yang pada gilirannya dapat membatasi jenis bahan yang dapat dicetak.
• Bantuan laserbioprinting menggunakan laser untuk memindahkan sel dari larutan ke permukaan dengan presisi tinggi. Laser memanaskan bagian dari solusi, menciptakan kantong udara dan memindahkan sel ke permukaan. Karena teknik ini tidak memerlukan nosel kecil seperti dalam bioprinting berbasis inkjet, bahan viskositas yang lebih tinggi, yang tidak dapat mengalir dengan mudah melalui nosel, dapat digunakan. Bioprinting berbantuan laser juga memungkinkan pencetakan dengan presisi sangat tinggi. Namun, panas dari laser dapat merusak sel yang sedang dicetak. Selain itu, teknik ini tidak mudah "ditingkatkan" untuk dengan cepat mencetak struktur dalam jumlah besar.
• Bioprinting berbasis ekstrusi menggunakan tekanan untuk memaksa material keluar dari nosel untuk membuat bentuk tetap. Metode ini relatif fleksibel: biomaterial dengan viskositas yang berbeda dapat dicetak oleh menyesuaikan tekanan, meskipun harus berhati-hati karena tekanan yang lebih tinggi lebih cenderung merusak sel. Bioprinting berbasis ekstrusi kemungkinan dapat ditingkatkan untuk pembuatan, tetapi mungkin tidak setepat teknik lainnya.
• Bioprinters Electrospray dan electrospinning memanfaatkan medan listrik untuk membuat tetesan atau serat, masing-masing. Metode-metode ini dapat memiliki tingkat presisi hingga nanometer. Namun, mereka menggunakan voltase sangat tinggi, yang mungkin tidak aman untuk sel.

Karena bioprinting memungkinkan konstruksi struktur biologis yang tepat, teknik ini dapat menemukan banyak kegunaan dalam biomedis. Para peneliti telah menggunakan bioprinting untuk memperkenalkan sel-sel untuk membantu memperbaiki jantung setelah serangan jantung serta menyimpan sel-sel ke kulit yang terluka atau tulang rawan. Bioprinting telah digunakan untuk membuat katup jantung untuk kemungkinan digunakan pada pasien dengan penyakit jantung, membangun otot dan jaringan tulang, dan membantu memperbaiki saraf.

Meskipun masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan untuk menentukan bagaimana hasil ini akan dilakukan dalam pengaturan klinis, penelitian menunjukkan bahwa bioprinting dapat digunakan untuk membantu regenerasi jaringan selama operasi atau setelahnya cedera. Di masa depan, bioprinter juga memungkinkan seluruh organ seperti hati atau hati dibuat dari awal dan digunakan dalam transplantasi organ.

Selain bioprinting 3D, beberapa kelompok juga memeriksa bioprinting 4D, yang memperhitungkan dimensi waktu keempat. Bioprinting 4D didasarkan pada gagasan bahwa struktur 3D yang dicetak dapat terus berkembang dari waktu ke waktu, bahkan setelah mereka dicetak. Dengan demikian struktur dapat berubah bentuk dan / atau fungsinya ketika terkena stimulus yang tepat, seperti panas. Bioprinting 4D dapat digunakan di bidang biomedis, seperti membuat pembuluh darah dengan mengambil keuntungan dari bagaimana beberapa konstruksi biologis berlipat dan gulung.

Meskipun bioprinting dapat membantu menyelamatkan banyak nyawa di masa depan, sejumlah tantangan belum diatasi. Sebagai contoh, struktur yang dicetak mungkin lemah dan tidak dapat mempertahankan bentuknya setelah dipindahkan ke lokasi yang sesuai pada tubuh. Lebih jauh, jaringan dan organ itu kompleks, mengandung banyak jenis sel yang tersusun dengan cara yang sangat tepat. Teknologi pencetakan saat ini mungkin tidak dapat meniru arsitektur yang rumit tersebut.

Akhirnya, teknik yang ada juga terbatas pada jenis bahan tertentu, kisaran viskositas terbatas, dan ketepatan terbatas. Setiap teknik berpotensi menyebabkan kerusakan pada sel dan bahan lain yang dicetak. Masalah-masalah ini akan diatasi ketika para peneliti terus mengembangkan bioprinting untuk mengatasi masalah teknik dan medis yang semakin sulit.

• Mengalahkan, memompa sel-sel jantung yang dihasilkan menggunakan printer 3D dapat membantu pasien serangan jantung, Sophie Scott dan Rebecca Armitage, ABC.
• Dababneh, A., dan Ozbolat, I. “Teknologi bioprinting: Tinjauan mutakhir.” Jurnal Ilmu dan Teknik Manufaktur, 2014, vol. 136, tidak. 6, doi: 10.1115 / 1.4028512.
• Gao, B., Yang, Q., Zhao, X., Jin, G., Ma, Y., dan Xu, F. “Bioprinting 4D untuk aplikasi biomedis.” Tren dalam Bioteknologi, 2016, vol. 34, tidak. 9, hlm. 746-756, doi: 10.1016 / j.tibtech.2016.03.004.
• Hong, N., Yang, G., Lee, J., dan Kim, G. “Bioprinting 3D dan aplikasi in vivo-nya.” Jurnal penelitian bahan biomedis, 2017, vol. 106, tidak. 1, doi: 10.1002 / jbm.b.33826.
• Mironov, V., Boland, T., Trusk, T., Forgacs, G., dan Markwald, P. “Pencetakan organ: rekayasa jaringan 3D berbasis jet berbantuan komputer.” Tren dalam Bioteknologi, 2003, vol. 21, tidak. 4, hlm. 157-161, doi: 10.1016 / S0167-7799 (03) 00033-7.
• Murphy, S., dan Atala, A. “3D bioprinting jaringan dan organ.” Bioteknologi Alam, 2014, vol. 32, tidak. 8, hlm. 773-785, doi: 10.1038 / nbt.2958.
• Seol, Y., Kang, H., Lee, S., Atala, A., dan Yoo, J. "Teknologi bioprinting dan aplikasinya." Jurnal Eropa untuk Bedah Jantung-Thoracic, 2014, vol. 46, tidak. 3, hlm. 342-348, doi: 10.1093 / ejcts / ezu148.
• Sun, W., dan Lal, P. “Perkembangan terkini pada rekayasa jaringan berbantuan komputer - ulasan.” Metode dan Program Komputer di Biomedik, vol. 67, tidak. 2, hlm. 85-103, doi: 10.1016 / S0169-2607 (01) 00116-X.