Wersja kontrastowa

Co przyniesie nam życie? Biodruk 3D

prof. Jakub Rybka fot. Adrian Wykrota
prof. Jakub Rybka fot. Adrian Wykrota
prof. Jakub Rybka

O przyszłość biodruku i jego zastosowanie spytaliśmy prof. UAM Jakuba Dalibora Rybkę z Centrum Zaawansowanych Technologii.

 

 

Biodruk 3D to stosunkowo nowa technologia inżynierii tkankowej, pozwalająca na tworzenie trójwymiarowych struktur odwzorowujących przestrzenne i biologiczne właściwości tkanek. Biodruk 3D jest odgałęzieniem technologii wytwarzania addytywnego, w którym proces produkcji zachodzi warstwa po warstwie. Główną różnicę stanowią materiały, które w przypadku biodruku 3D muszą zapewniać optymalne mikrośrodowisko dla wzrostu i migracji komórek oraz wiernie naśladować właściwości biochemiczne, mechaniczne i strukturalne odtwarzanych tkanek. Przy wykorzystaniu tej technologii możliwe jest tworzenie w pełni spersonalizowanych implantów, dostosowanych zarówno pod kątem geometrii, jak i właściwości biologicznych. Technologia biodruku 3D znajduje dziś zastosowanie w produkcji analogów skóry, modeli nowotworów, testowaniu leków oraz wielu obszarach B+R life science.  

 

Najpopularniejszą technologią biodruku 3D (wykorzystywaną również przez Laboratorium Biotechnologii Stosowanej CZT UAM) jest druk ekstruzyjny, w którym biotusz wraz z komórkami umieszczany jest w kartridżu, skąd następnie ekstruduje się go przy użyciu sprężonego powietrza lub tłoka śrubowego. Druk ekstruzyjny charakteryzuje się niskim kosztem aparatury, niską rozdzielczością i skomplikowaną optymalizacją procesu biodruku. Alternatywne rozwiązanie stanowią metody biodruku bazujące na światłoutwardzalnych biotuszach, których przykład stanowi stereolitograficzny biodruk 3D (SLA, z ang. Stereolithography 3D Bioprinting), wykorzystujący fotopolimeryzację do wytworzenia struktur 3D warstwa po warstwie. Polimeryzacja płynnego biotuszu zachodzi w obecności fotoinicjatora, który reaguje na promieniowanie UV. Do utwardzania materiału wykorzystuje się monochromatyczny wyświetlacz ciekłokrystaliczny (LCD), na którego powierzchni wyświetla się drukowana warstwa konstruktu. Przewagą SLA jest wysoka precyzja oraz możliwość drukowania konstruktów z większą prędkością, o większych niż w metodzie ekstruzyjnej wymiarach, które jednocześnie są mniej narażone na odkształcenia. Bazując na komercyjnie dostępnych komponentach, udało nam się taką drukarkę zbudować. Obecnie prowadzimy badania nad opracowaniem biomateriałów kompatybilnych z tą technologią biodruku. Za tę część prac realizowanych w naszym laboratorium odpowiada dr Adam Mieloch

 

Największym obecnie wyzwaniem biodruku 3D jest opracowanie biomateriałów przeznaczonych do poszczególnych typów tkanek, zdolnych odtworzyć natywne mikrośrodowisko przy zachowaniu parametrów reologicznych umożliwiających biodruk. Najczęściej wykorzystywane są do tego celu hydrożele na bazie alginianu, chitozanu, żelatyny czy kwasu hialuronowego. Jednakże macierz pozakomórkowa tkanek to zdecydowanie bardziej skomplikowane środowisko, składające się z białek strukturalnych, regulatorowych czynników wzrostu oraz szeregu związków sygnałowych, których nie da się w pełni odwzorować z zastosowaniem wymienionych biomateriałów. W ramach projektu TechMatStrateg w Laboratorium Biotechnologii Stosowanej prowadzone są zaawansowane prace nad otrzymywaniem macierzy pozakomórkowej tkanek zwierzęcych celem otrzymania biotuszy wierniej odwzorowujących natywne mikrośrodowisko tkanek. Naukowo realizują się w tym projekcie badawczym przede wszystkim dr inż. Monika Mańkowska-Woźniak oraz  dr inż. Filip Porzucek

 

Pomimo licznych wyzwań perspektywy rozwoju biodruku 3D są bardzo obiecujące. Technologia ta ma ogromny potencjał w wielu obszarach life science, takich jak na przykład medycyna regeneracyjna czy terapia w nowotworach. W przyszłości biodruk 3D może także znaleźć zastosowanie w produkcji sztucznych, autologicznych organów, zmniejszając tym samym ryzyko odrzucenia przeszczepu i pozwalając na szybszą i skuteczniejszą regenerację. Biodruk 3D znalazł również zastosowanie w produkcji żywności – biodrukowanego mięsa. Jednym z największych wyzwań w tym obszarze jest uzyskanie odpowiedniego smaku i konsystencji, które będą przypominać mięso produkowane tradycyjnie. Ponadto cena tego rodzaju mięsa jest obecnie wysoka, stąd potrzeba dalszego rozwoju technologii. Innym ciekawym przykładem zastosowania biodruku 3D jest tworzenie modeli skóry zastępujących modele zwierzęce do testowania kosmetyków. Przykładem jest jeden z gigantów przemysłu kosmetycznego – firma L`orèal, prowadząca badania B+R w tym obszarze. Dodatkowo presja regulacyjna zmierzająca do ograniczenia wykorzystania zwierząt laboratoryjnych jest niewątpliwie jednym z istotnych katalizatorów do dalszego rozwoju technologii biodruku 3D. 

 

 

 

Nauka Ogólnouniwersyteckie

Ten serwis używa plików "cookies" zgodnie z polityką prywatności UAM.

Brak zmiany ustawień przeglądarki oznacza jej akceptację.