ත්රිමාණ ජෛව මුද්රණ තාක්ෂණයේ ප්රධාන දියුණුවකදී, සෛල සහ පටක නිර්මාණය කර ඇත්තේ 'සැබෑ' ජීව විද්යාත්මක ව්යුහයන් ගොඩනැගීම සඳහා ස්වභාවික පරිසරය තුළ හැසිරීමටය.
ත්රිමාණ මුද්රණය යනු ද්රව්යයක් එකට එකතු කර ත්රිමාණ වස්තුවක් හෝ වස්තුවක් නිර්මාණය කිරීම සඳහා පරිගණකයක ඩිජිටල් පාලනය යටතේ සම්බන්ධ කර හෝ ඝනීභවනය කරන ක්රියා පටිපාටියකි. Rapid Prototyping සහ Additive Manufacturing යනු ද්රව්ය ස්ථර කිරීම සහ ක්රමානුකූලව ගොඩ නැගීම මගින් සංකීර්ණ වස්තු හෝ ආයතන නිර්මාණය කිරීමේ මෙම තාක්ෂණය විස්තර කිරීමට භාවිතා කරන අනෙකුත් යෙදුම් වේ. මෙම විශිෂ්ට තාක්ෂණය 3 දී නිල වශයෙන් සොයා ගැනීමෙන් පසු දශක තුනක් පුරා පැවතුනි, එය හුදෙක් මූලාකෘති නිෂ්පාදනය කිරීමේ මාධ්යයක් ලෙස නොව සම්පූර්ණ ක්රියාකාරී සංරචක ඉදිරිපත් කිරීමක් ලෙස ජනප්රියත්වයට හා ජනප්රියත්වයට තල්ලු විය. හි විභවතාවයන් එබඳු ය 3D එය දැන් ඉංජිනේරු, නිෂ්පාදන සහ වෛද්ය ඇතුළු බොහෝ ක්ෂේත්රවල ප්රධාන නවෝත්පාදනයන් ගෙන යන බව මුද්රණය කරයි.
අවසාන අවසාන ප්රතිඵලය සාක්ෂාත් කර ගැනීම සඳහා එකම පියවර අනුගමනය කරන විවිධ වර්ගයේ ආකලන නිෂ්පාදන ක්රම තිබේ. පළමු තීරණාත්මක පියවරේදී, පරිගණකයේ CAD (පරිගණක ආධාරක-නිර්මාණ) මෘදුකාංගය භාවිතයෙන් නිර්මාණය නිර්මාණය කර ඇත - ඩිජිටල් බ්ලූප්රින්ට් ලෙස හැඳින්වේ. මෙම මෘදුකාංගයට අවසාන ව්යුහය සිදු වන ආකාරය සහ හැසිරෙන ආකාරය පුරෝකථනය කළ හැකිය, එබැවින් මෙම පළමු පියවර හොඳ ප්රතිඵලයක් සඳහා ඉතා වැදගත් වේ. මෙම CAD සැලසුම පසුව ත්රිමාණ මුද්රණ යන්ත්රයට සැලසුම් උපදෙස් අර්ථකථනය කිරීමට අවශ්ය වන තාක්ෂණික ආකෘතියක් (.stl ගොනුවක් හෝ සම්මත ටෙසෙල්ලේෂන් භාෂාවක් ලෙස හැඳින්වේ) බවට පරිවර්තනය වේ. මීළඟට, සැබෑ මුද්රණය සඳහා ත්රිමාණ මුද්රණ යන්ත්රය (සාමාන්ය, නිවසේ හෝ කාර්යාලීය 3D මුද්රණ යන්ත්රයකට සමාන) පිහිටුවීම අවශ්ය වේ - මෙයට ප්රමාණය සහ දිශානතිය වින්යාස කිරීම, භූ දර්ශන හෝ පෝට්රේට් මුද්රණ තෝරා ගැනීම, මුද්රණ කාට්රිජ් නිවැරදි කුඩු වලින් පිරවීම ඇතුළත් වේ. . එම ත්රිමාණ මුද්රණ යන්ත්රය ඉන්පසුව මුද්රණ ක්රියාවලිය ආරම්භ කරයි, ක්රමයෙන් එක වරකට ද්රව්යයේ එක් අන්වීක්ෂීය තට්ටුවක් නිර්මාණය කරයි. මෙම ස්තරය සාමාන්යයෙන් 0.1mm පමණ ඝනකමකින් යුක්ත වන නමුත් මුද්රණය කරන ලද යම් වස්තුවකට ගැලපෙන පරිදි එය සකස් කළ හැක. සම්පූර්ණ ක්රියා පටිපාටිය බොහෝ දුරට ස්වයංක්රීය වන අතර භෞතික මැදිහත්වීමක් අවශ්ය නොවේ, නිවැරදි ක්රියාකාරිත්වය සහතික කිරීම සඳහා වරින් වර පරීක්ෂා කිරීම පමණි. කිසියම් වස්තුවක් නිර්මාණයේ ප්රමාණය හා සංකීර්ණත්වය අනුව සම්පූර්ණ කිරීමට පැය කිහිපයක් සිට දින කිහිපයක් ගතවේ. තවද, එය 'ආකලන' ක්රමවේදයක් බැවින්, එය ආර්ථිකමය, පරිසර හිතකාමී (කිසිදු නාස්තියකින් තොරව) සහ නිර්මාණ සඳහා වැඩි ඉඩක් ද සපයයි.
ඊළඟ මට්ටම: 3D Bioprinting
ජෛව මුද්රණය ජෛව විද්යාත්මක ජීව ද්රව්ය සඳහා ත්රිමාණ මුද්රණය යෙදිය හැකි මෑත කාලීන දියුණුවත් සමඟ සාම්ප්රදායික ත්රිමාණ මුද්රණයේ දිගුවකි. ත්රිමාණ ඉන්ක්ජෙට් මුද්රණය දැනටමත් දියුණු වෛද්ය උපකරණ සහ මෙවලම් සංවර්ධනය කිරීම සහ නිෂ්පාදනය කිරීම සඳහා භාවිතා කරන අතර, ජීව විද්යාත්මක අණු මුද්රණය කිරීම, බැලීම සහ අවබෝධ කර ගැනීම සඳහා තවත් පියවරක් සංවර්ධනය කිරීම අවශ්ය වේ. තීරණාත්මක වෙනස වන්නේ inkjet මුද්රණය මෙන් නොව, bioprinting ජීවී තීන්ත මත පදනම් වී ඇති අතර එය ජීව සෛල ව්යුහයන්ගෙන් සමන්විත වේ. එබැවින්, ජෛව මුද්රණයේදී, විශේෂිත ඩිජිටල් ආකෘතියක් ආදානය කරන විට, නිශ්චිත ජීව පටක මුද්රණය කර සෛල ස්ථරයෙන් ස්ථරයක් ගොඩනඟයි. සජීවී ශරීරයේ ඉතා සංකීර්ණ සෛලීය සංරචක නිසා, ත්රිමාණ ජෛව මුද්රණය සෙමින් ඉදිරියට යන අතර ද්රව්ය, සෛල, සාධක, පටක තෝරා ගැනීම වැනි සංකීර්ණතා අතිරේක ක්රියා පටිපාටි අභියෝග මතු කරයි. ජීව විද්යාව, භෞතික විද්යාව සහ වෛද්ය විද්යාව වැනි අන්තර් විෂය ක්ෂේත්රවල තාක්ෂණයන් ඒකාබද්ධ කිරීමෙන් අවබෝධය පුළුල් කිරීමෙන් මෙම සංකීර්ණතා විසඳා ගත හැක.
ජෛව මුද්රණයේ ප්රධාන ප්රගතිය
ප්රකාශයට පත් කළ අධ්යයනයක දී උසස් ක්රියාකාරී ද්රව්ය, පර්යේෂකයන් විසින් 'සැබෑ' ජීව විද්යාත්මක ව්යුහයන්ට සමාන ඉදිකිරීම් හෝ මෝස්තර නිර්මාණය කිරීම සඳහා ස්වභාවික පටකවල (ඔවුන්ගේ ස්වදේශික පරිසරය) සාමාන්යයෙන් දක්නට ලැබෙන සෛල සහ අණු භාවිතා කරන ත්රිමාණ ජෛව මුද්රණ තාක්ෂණයක් නිපදවා ඇත. මෙම විශේෂිත ජෛව මුද්රණ තාක්ෂණය සංකීර්ණ ජෛව අණුක ව්යුහයන් නිර්මාණය කිරීම සඳහා 'අණුක ස්වයං-එකලස් කිරීම' 'ත්රිමාණ මුද්රණය' සමඟ ඒකාබද්ධ කරයි. අණුක ස්වයං-එකලස් කිරීම යනු නිශ්චිත කාර්යයක් ඉටු කිරීම සඳහා අණු තමන් විසින්ම නිර්වචනය කරන ලද සැකැස්මක් අනුගමනය කරන ක්රියාවලියකි. මෙම තාක්ෂණය '3D මුද්රණය' මගින් 'අණුක ස්වයං-එකලස් කිරීම' මගින් සක්රීය කරන ලද 'අණුක සහ නැනෝ පරිමාණ පාලනය' සමඟින් සපයන 'ව්යුහාත්මක ලක්ෂණවල ක්ෂුද්ර හා සාර්ව පාලනය' ඒකාබද්ධ කරයි. එය මුද්රණය කෙරෙන සෛල උත්තේජනය කිරීමට අණුක ස්වයං-එකලස් කිරීමේ බලය භාවිතා කරයි, සාමාන්ය 'ත්රිමාණ මුද්රණ තීන්ත' මේ සඳහා මෙම මාධ්යය ලබා නොදෙන විට එය ත්රිමාණ මුද්රණයේ සීමාවකි.
පර්යේෂකයන් 'ජෛව තීන්ත' තුළ ව්යුහයන් 'ඔබ්බවා' ඇති අතර එය ශරීරය තුළ ඇති ස්වදේශික පරිසරයට සමාන වන අතර එමඟින් ව්යුහයන් ශරීරයේ හැසිරෙන ආකාරයටම හැසිරේ. මෙම ජෛව තීන්ත, ස්වයං-එකලස් තීන්ත ලෙසද හැඳින්වේ, මුද්රණය කිරීමේදී සහ පසුව රසායනික හා භෞතික ගුණාංග පාලනය කිරීමට හෝ මොඩියුලේට් කිරීමට උපකාරී වන අතර එමඟින් ඒ අනුව සෛල හැසිරීම උත්තේජනය කිරීමට ඉඩ සලසයි. අයදුම් කරන විට අද්විතීය යාන්ත්රණය ජෛව මුද්රණය මෙම සෛල ඒවායේ පරිසරය තුළ ක්රියා කරන ආකාරය පිළිබඳව නිරීක්ෂණ කිරීමට අපට ඉඩ සලසයි, එමඟින් අපට සැබෑ ජීව විද්යාත්මක තත්ත්වය පිළිබඳ සැණරුවක් සහ අවබෝධයක් ලබා දේ. එය බහු පරිමාණයෙන් මනාව නිර්වචනය කරන ලද ව්යුහයන්ට එකලස් කළ හැකි බහුවිධ ජෛව අණු මුද්රණය කිරීමෙන් ත්රිමාණ ජීව විද්යාත්මක ව්යුහයන් ගොඩනැගීමේ හැකියාව මතු කරයි.
අනාගතය ඉතා බලාපොරොත්තු සහගතයි!
ජෛව මුද්රණ පර්යේෂණ දැනටමත් විවිධ පටක වර්ග ජනනය කිරීම සඳහා යොදා ගනිමින් පවතින අතර එමඟින් පටක ඉංජිනේරු විද්යාව සහ පුනර්ජනනීය වෛද්ය විද්යාව සඳහා බද්ධ කිරීම සඳහා සුදුසු පටක සහ අවයව අවශ්ය වීම සඳහා ඉතා වැදගත් වේ - සම, අස්ථි, බද්ධ කිරීම්, හෘද පටක ආදිය. තවද, තාක්ෂණය ශරීරයේ පටක වලට සමාන හෝ අනුකරණය කරන ඩිජිටල් පාලනය යටතේ සහ අණුක නිරවද්යතාවයෙන් - සත්ය වශයෙන්ම වස්තූන් හෝ ඉදිකිරීම් නිර්මාණය කිරීමෙන් පටක ඉංජිනේරු විද්යාවේ සමෘද්ධිය සක්රීය කිරීම සඳහා සංකීර්ණ සහ විශේෂිත සෛල පරිසරයන් වැනි ජීව විද්යාත්මක අවස්ථා සැලසුම් කිරීමට සහ නිර්මාණය කිරීමට පුළුල් පරාසයක හැකියාවන් විවර කරයි. සජීවී පටක, අස්ථි, රුධිර නාල සහ, විභව සහ සම්පූර්ණ ඉන්ද්රිය ආකෘති වෛද්ය ක්රියා පටිපාටි, පුහුණුව, පරීක්ෂණ, පර්යේෂණ සහ ඖෂධ සොයාගැනීමේ මුලපිරීම් සඳහා නිර්මාණය කළ හැකිය. නිවැරදි, ඉලක්කගත සහ පුද්ගලාරෝපිත ප්රතිකාර සැලසුම් කිරීමේදී ඉතා නිශ්චිත පරම්පරාවක් අභිරුචිගත කරන ලද රෝගියාට විශේෂිත වූ නිර්මිතයන් උපකාරී වේ.
සාමාන්යයෙන් ජෛව මුද්රණ සහ ත්රිමාණ ඉන්ක්ජෙට් මුද්රණය සඳහා ඇති ලොකුම බාධාවක් නම් මුද්රණයේ පළමු පියවරේදී අභියෝගයට මුහුණ දීම සඳහා උසස්, නවීන මෘදුකාංගයක් සංවර්ධනය කිරීමයි - සුදුසු සැලසුමක් හෝ සැලැස්මක් නිර්මාණය කිරීම. නිදසුනක් වශයෙන්, අජීවී වස්තූන්ගේ සැලැස්ම පහසුවෙන් නිර්මාණය කළ හැකි නමුත්, අක්මා හෝ හදවත යන ඩිජිටල් ආකෘති නිර්මාණය කිරීමේදී එය බොහෝ ද්රව්යමය වස්තූන් මෙන් අභියෝගාත්මක හා සරල නොවේ. ජෛව මුද්රණයට අනිවාර්යයෙන්ම බහුවිධ වාසි ඇත - නිරවද්ය පාලනය, පුනරාවර්තන හැකියාව සහ පුද්ගල නිර්මාණය නමුත් තවමත් අභියෝග කිහිපයකින් පීඩා විඳිති - වඩාත්ම වැදගත් වන්නේ ජීව පරිසරයක් ගතික සහ ස්ථිතික නොවන බැවින් අවකාශීය ව්යුහයකට බහු සෛල වර්ග ඇතුළත් කිරීමයි. මෙම අධ්යයනය ප්රගතියට දායක වී ඇත ත්රිමාණ ජෛව මුද්රණය ඔවුන්ගේ මූලධර්ම අනුගමනය කිරීමෙන් බොහෝ බාධක ඉවත් කළ හැකිය. ජෛව මුද්රණයේ සැබෑ සාර්ථකත්වයට පැති කිහිපයක් සම්බන්ධ වී ඇති බව පැහැදිලිය. ජෛව මුද්රණය සවිබල ගැන්විය හැකි වඩාත් තීරණාත්මක අංගය වන්නේ අදාළ සහ සුදුසු ජෛව ද්රව්ය සංවර්ධනය කිරීම, මුද්රණයේ විභේදනය වැඩි දියුණු කිරීම සහ මෙම තාක්ෂණය සායනිකව සාර්ථකව යෙදිය හැකි වන පරිදි රුධිර වාහිනීකරණයයි. ජීව මුද්රණය මගින් මිනිස් බද්ධ කිරීම සඳහා පූර්ණ ක්රියාකාරී සහ ශක්ය අවයව 'නිර්මාණය' කළ නොහැකි බව පෙනේ, නමුත් කෙසේ වෙතත් මෙම ක්ෂේත්රය වේගයෙන් ප්රගතියක් ලබන අතර වසර කිහිපයකින් බොහෝ වර්ධනයන් දැන් ඉදිරියෙන් සිටී. පර්යේෂකයන් සහ ජෛව වෛද්ය ඉංජිනේරුවන් දැනටමත් සාර්ථක සංකීර්ණ ජෛව මුද්රණයක් කරා ගමන් කරමින් සිටින බැවින් ජෛව මුද්රණය සමඟ සම්බන්ධ වී ඇති බොහෝ අභියෝග ජය ගැනීමට එය සාක්ෂාත් කරගත යුතුය.
Bioprinting සමග සමහර ගැටළු
යන ක්ෂේත්රයේ මතු වූ තීරණාත්මක කරුණකි ජෛව මුද්රණය මෙම තාක්ෂණය භාවිතා කරමින් රෝගීන්ට ලබා දෙන ජීව විද්යාත්මක 'පුද්ගලීකරණය කළ' ප්රතිකාරවල කාර්යක්ෂමතාව සහ ආරක්ෂාව පරීක්ෂා කිරීම මෙම අදියරේදී පාහේ කළ නොහැක්කකි. එසේම, එවැනි ප්රතිකාර හා සම්බන්ධ පිරිවැය විශේෂයෙන් නිෂ්පාදනය සම්බන්ධයෙන් විශාල ප්රශ්නයක් වේ. මිනිස් ඉන්ද්රියයන් ප්රතිස්ථාපනය කළ හැකි ක්රියාකාරී ඉන්ද්රියයන් වර්ධනය කිරීම බොහෝ දුරට කළ හැකි නමුත්, එසේ වුවද, රෝගියාගේ ශරීරය නව පටකයක් හෝ නිපදවන කෘතිම ඉන්ද්රියයක් පිළිගනීද යන්න සහ එවැනි බද්ධ කිරීම් සාර්ථක වන්නේද යන්න තක්සේරු කිරීමට දැනට මෝඩ ඔප්පු ක්රමයක් නොමැත. සෑම.
Bioprinting යනු වර්ධනය වන වෙළඳපොලක් වන අතර පටක සහ අවයව සංවර්ධනය කෙරෙහි අවධානය යොමු කරනු ඇති අතර සමහර විට දශක කිහිපයකින් ත්රිමාණ මුද්රිත මිනිස් අවයවවල නව ප්රතිඵල දැකගත හැකි වනු ඇත. බද්ධ කිරීම්. 3D ජෛව මුද්රණය අපගේ ජීවිත කාලයෙහි වැදගත්ම සහ අදාළ වෛද්ය සංවර්ධනය ලෙස දිගටම පවතිනු ඇත.
***
ප්රභවය (ය)
Hedegaard CL 2018. Hydrodynamically Guided Hierarchical self-assembly of Peptide-Protein Bioinks. උසස් ක්රියාකාරී ද්රව්ය. https://doi.org/10.1002/adfm.201703716
***
