מחלת לב Cardiovascular נותרה הגורם המוביל למוות בעולם, תוך שימוש בצורך דחוף בטיפולים חדשניים שיכולים לתקן או להחליף רקמת לב פגועה. Bioprinting - טכניקת ייצור תוספים מדויקת אשר הפיקה תאים חיים ושכבת ביו-חומרים על ידי שכבה - התפתחה כגישה טרנספורמטיבית בהנדסת רקמות הלב.על ידי יצירת שלושה מבנים תלת-ממדיים המחקה את המציאות והתפקוד של myocard, הביו-print מחזיק פוטנציאל לאנליזה של טכניקות טיפוליות, כדי להפחתת מחלות לב, ואפקטיביות, כדי לבדיקות מעבדה, כדי להתגבר על מנת להתגבר על מנת להתגבר על מנת להתגבר על ההשפעות של מחלות לב, ואפקטיביות, ואפקטים של מחלות מעבדה, ואפקטיביות, כדי לאפקטיביות, כדי לאפקטיביות של מחלות לב, ואפקטיביות, כדי לאפקטיביות, כדי לאפקטים של מחלות לב, ואפקטיביות של מחלות מעבדה, כדי לאפקטיביות, כדי להתגבר על מנת להתגבר על מנת להתגבר על מנת להתגבר על מנת להתגבר על מנת להתגבר על מנת להתגבר על מנת להתגבר על מנת להתגבר על ההשפעות של מחלות מעבדה זו, ואפקטים של מחלות מעבדה עמוקה, כדי לאפקטיביות של מחלות לב, כדי לשחזר את ההשפעות של מחלות לב,

ההבטחה של Bioprinting for Cardiac Fix

בניגוד להנדסת רקמות מבוססת קונבנציונאלי, bioprinting מאפשר את הסדר המרחבי המדויק של סוגים מרובים תאים, רכיבי ממטריקס סלולרי, וגורמי צמיחה.יכולת זו חיונית לתיקון המבנה ההיררכי המורכב של רקמת הלב, הכולל גם התאמת קרדיוציטים נוכחיים, תאים מתאימים לרכיבה גרפית, ותמיכה תאים סטריליים.

טכניקות הדפסה לבלב

כמה שיטות הדפסה ביולוגית הותאמות עבור יישומי לב, כל אחד מציע הבדלים נפרדים בין החלטה, מהירות, יכולת התא, ואת היכולת להתמודד ביו-ביונים בעלי ויזואליות גבוהה.טכניקות שנלמדות ביותר כוללות טכניקות מבוססות-סחר בין פיזור, מבוסס דיוג'ט, לייזר מבוסס-מרוסן, ו-stereolithography מבוסס-printing.

הדפסה מבוססת-Moderion Based Bioprinting

ביו הדפסה מחדש משתמשת כוח נינומטי או מכני לגרש filaments רצופים של ביו-ינקו דרך nozzle. שיטה זו מתאימה במיוחד עבור הנדסת רקמת לב כי זה יכול לעבד ביו-ביואידים בעלי צפיפות גבוהה עם אוכלוסיות תאים צפופים - לעתים קרובות מעל 10 מיליון תאים ל-מילימטר.

(הופנה מהדף Extrusion כוללים hydrogels כגון ג'לטין methacryloyl (GelMA), alginate, קולגן, ו decellized ממטריקס (DECM) את התכונות המכאניות של ג'לים אלה ניתן לכוון כדי להתאים את הנוקשות של רקמת הלב (10-15 kPa), הלחץ המנוסה על ידי תאים במהלך extrusion יכול להפחית את הגמישות של 90% ל-Falvd.

Inkjet Bioprinting

ביו הדפסה אינקוג'ט פועלת על ידי ייצור טיפות של ביוכיינק נמוך (בדרך כלל <10 מ 'Pas) באמצעות פעולה תרמית או אדזואלקטרית. טיפות מופקדות במהירות גבוהה - עד אלפי טיפות לשנייה - מאפשר דפוס מהיר על פני אזורים גדולים, החלטה יכול להגיע בערך 50-100 מיקרומטר, מה שהופך injet מתאים ליצירת תכונות כגון קפסולת דם, או תאים precaricial כבר בשימוש.

למרות המהירות והדיוק שלה, ביו-הדפסה של דיוג'ט עומדת בפני מגבלות בצפיפות תאים.כל טיפה מכילה רק מספר קטן של תאים (בדרך כלל 1–10), מה שהופך אותו מאתגר להשיג את התאיות הגבוהה הנדרשת עבור רקמות עבות, פונקציונליות.בנוסף, מדפסת דיוג'ט תרמית בשילוב עם רמות טמפרטורה מתוחכמות (עד 300 מעלות צלזיוס), אשר עלולה לגרום ללחץ, למרות שעדיין מקובלים (85%) של שינויים תאי עצבות מתקדמות, אך הן עלולות, אך הן יכולות לגרום לנפיחות מהירה יותר, אך הן לגרום לנפיחות גופנית, אך הן יכולות לגרום לנפיחות מהירה יותר, אך הן יכולות לגרום לנפיחות מהירה יותר, אך הן לנפיחות מהירה יותר, אך הן יכולות לגרום לנפיחות מהירה יותר, אך הן לגרום לנפיחות מהירה של תאי עצביתות של תאי עצב.

לייזר-Assisted Bioprinting

ביו הדפסה לייזר (LAB) משתמשת דופק לייזר ממוקד להעביר נפח קטן של ביוינק מתורם ribbon על תת-קרקעי מקבל substrate.ה לייזר נספג על ידי שכבת מתכת (בדרך כלל זהב או טיטניום) מתחת ל- bioink, מה שגורם ל- Vaporization המקומי ומניעה ירידה קדימה.

עם זאת, LAB הוא תהליך איטי יחסית ודורש הגדרות אופטיות מורכבות, הגבלת גודל הניחת ותדירות ההטלה נשלטת על ידי פרמטרים לייזר (אנרגיה, משך הדופק) ועובי סרט ביובק, אשר חייב להיות מותאם בקפידה עבור כל יישום.D למרות האתגרים האלה, LAB שימש כדי להדפיס תיקונים פונקציונליים עם מבנים מסונכרנים ומבנים ארקגניים מ-ALTFed: 1Fric של טיפול אנושי בולט של DCMivrvrvd) DLTivd (CD2D) DLTivd) DLTivd CER (CD2D.

Stereolithography - Bioprinting

Stereolithography (SLA) משתמש מקור אור (UV או גלוי) כדי לקרוס באופן סלקטיבי ביוינק בעל ערך בשכבה-by-layer.בניגוד לשיטות מבוססות nozzle, SLA אינה דורשת הדפסה באמצעות ערוצים קטנים או משמעותיים, ביטול הלחץ הגיאולוגי לחלוטין.זה מאפשר קרינת תאים גבוהה יותר ושימוש של מולטי-קונוס ללא יכולת משולבת כגון Smetocardicialsicials.

אחת מההגבלות המשמעותיות היא ש-SLA בדרך כלל דורש הכללה של photoinitiators, אשר יכול להיות cytotoxic בריכוזים גבוהים יותר, את עומק חדירה האור מגביל את עובי של מבנים מודפסים, לעתים קרובות לכמה מ"מ.3 חידושים אחרונים בפולימרפוליון רב-פוטוני ועיבוד אור דיגיטלי (DLP) יש שיפור מהירות ועובי.

אתגרים קריטיים ב- Cardiac Bioprinting

למרות התקדמות יוצאת דופן, כמה מחסומים למנוע רקמות לב מוטבעת ביולוגית להגיע ליישום קליני.אתגרים אלה מרכז על vascularization, הזדווגות, יושרה מכנית, ו immunogenicity.

המונחים:

רקמת הלב של הילידים היא vascularized בצפיפות - כל קרדיוציטים שוכנת בתוך 10-20 מיקרומטר של קפילורי לתמוך בביקוש המטבולי הגבוה שלה.במבנה המוטבע חייב לשלב רשת היררכית דומה של כלי דם כדי לספק חמצן וחומרים מזינים להסיר פסולת.ללא שקע פונקציונלי, עם זאת עובי של מבנה תא-חלד הוא מוגבל בערך 200 מיקרו בשל μm כדי ליצור צינורות זרם דם מאוחר יותר, כגון חיתוך, 000.

מתינות ותפקוד

קרדיוציטים שמקורם בתאי גזע pluripotent הם לעתים קרובות לא בשלים, המציגים תכונות דמויי עובר כגון סרקונרים מאורגנים גרוע, כוח חוזה נמוך, ושיעורי מכות ספונטניים שונים מרקמות מבוגר.פוסט הדפסה היא חיונית ובדרך כלל כרוך בתרבות ממושכת ביולוגיים אשר חלים גירוי חשמלי, מכני, ואופטימיזציה של מחקרים בתקשורת הראו כי הם הראו כי פיתוח חום פעיל של 3 תדרים מכניים (כמוני) תוך שיפור חום (כמוני) בתוך שטח מכני).

אינטגרציה מכנית ו Handling

רקמות לב מוטבע חייבות לעמוד בטיפול כירורגי וההתכווצויות המיוקליות ללא דמעה או לעבור עיוות מופרז.רוב bioinks hydrogel הם חלשים מטבעם, עם מודולולי דחוס בטווח 1-50 kPa, והם מתפוגג במהירות ב vivo.אסטרטגיות כדי לשפר את תכונות מכניות כוללות שילוב של פולימרים מזינים מחדש (למשל, nanofibrillated cellose, משי לחץ דם גבוה עם פתרונות מכניים או הפרעה).

חסינות ואינטגרציה

גם כאשר משתמשים בתאי או כלוגניים, המערכת החיסונית עשויה להגיב ביו-חומרים עצמם או אנטיגנים קטנים המוצגים על תאים מודפסים. Decellized ECM מבוסס bioinks יכול לגרום לתגובות אימונוגניות, ואת ההידרדרות של חומרים לוואי של פולימרים סינתטיים עלול לגרום דלקת. קדם-קליניים במודלים בבעלי חיים הם קריטיים להעריך את התגובה המארחת ואת מידת האינטגרציה.

חידושים וכיוונים עתידיים

כדי להתגבר על המגבלות הנוכחיות, התחום מתקדם בחזיתות מרובות: פורמולות ביוינק חדשניות, מדפסת רב-חומרית ורב-טכניקה, פלטפורמות משולבות, ופלטפורמות הזדווגות דינמיות.

ביוטכנולוגיה מתקדמת

(הדור הבא ביו-inks מונדסים כדי לחקות את הרמזים המכניים והביוכימיים הדינמיים של המיקרו-סביבה (Cybers) של הגלגלים המזינים את ה-heal לאחר הדפסה, חומרים גמישים של pH 3-responsive שיכולים לשחרר גורמי צמיחה על הביקוש, ו-Digital hydrogels ספציפיים (למשל, שילוב של צינורות זהב או ננו-נו-נו-נו-נו-נו-נו-נו-מוח) אשר משפרים חשמליים בין תאי לב חשמליים (DCM) אשר לאחרונה, לבין תאים חשמליים (DCMDCMD) אשר משפרים חשמליים ו-Dicialdial DCM) כי הוא שיפור של תאים חשמליים (Dvdialdialdialdialdial DvHD) בין תאי דם DvD2:

Multi-Material and Multi-Technology Platforms

שום טכניקת הדפסה יחידה יכולה לספק בו זמנית פתרון גבוה, צפיפות תאים גבוהה, ומבנה מהיר. Integrated Systems המשלבת את החדירה (עבור רקמת הרוב), דיוג'ט (עבור vasculature משובח), ו- לייזר-מחוספס (למיקום מדויק) מפותחים.פלטפורמות אלה יכולות לעבור בין צפי הדפסה בתוך אותו תהליך בנייה, ומאפשר יצירת של בניית של לב מורכב עם תכונות אזוריות, לדוגמה, קדמית גדול עשוי להיות מודפס באמצעות תא לייזר עם תא מתכתי תיבות אחורית, תוך כדי מתכת עם תא מתכת עם תא מתכתי תיבות אחורית, תוך כדי מתכתי תיבות אחורית, תוך כדי קרישה, תוך כדי קרישה אחורית, תוך כדי קרישה אחורית, תוך כדי קרישה אחורית עם תא מתכת עם תא מתכת עם תא מתכת עם תא מתכת עם תא מתכת עם תא אחורית, תוך כדי קרישה אחורית, תוך כדי קרישה אחורית עם תא מתכת עם תא מתכתי תיבות אחורית עם תא מתכתי תיבות אחורית עם תא מתכתי תיבות אחורית, עם תא אחורית, תוך כדי קרישה, תוך כדי קרישה אחורית יכול להוסיף תא אחורית, תוך כדי קרישה, תוך כדי קרישה אחורית, תוך כדי קרישה אחורית, תוך כדי קרישה

4D Bioprinting and Stimuli-Responsive Materials

הדפסה 4D מציגה מימד תלוי בזמן, שבו מודפס בונה צורה או תפקוד בתגובה לגירויים חיצוניים כגון טמפרטורה, pH, או לחץ אוסמוטי. עבור רקמת לב, זה יכול להיות הדפסה תיקון שטוח כי באופן ספונטני מתקפל לתוך צורה תלת-ממדית על השתלה, או חומרים כי נוקשה תחת גירוי חשמלי כדי לחקות התכווצות סינתיות.

Bioreactors ו Maturation Systems

תרבות הדפסה פוסט בביולוגיים מיוחדים היא חיונית לקידום הזדווגות רקמות.מערכות נוכחיות לספק היתוך לתמוך בבניינים עבים, מתיחה מחזורית כדי לדמות פעימות לב, גירוי שדה חשמלי כדי לשפר את התנהגות ותפקוד החוזה.סגור-loop bioreactors כי לפקח פרמטרים מטבוליים (צריכתוז, ייצור לקטט) ולהתאים תנאים בזמן אמת הם תחת פיתוח כמה פלטפורמות אופטיות מתקדמות אפילו עבור מערכות הדמיה יעילה עבור סידן.

שילוב של חיישנים ואלקטרוניקה

כתמים עתידיים לב עשויים לכלול חיישנים אלקטרוניים גמישים לפקח על פעילות חשמלית, pH, ולחץ לאחר השתלת. כתמים חכמים כאלה יכולים לספק משוב בזמן אמת על בריאות רקמות ואינטגרציה, הנחית החלטות טיפול. חוקרים כבר הוכיחו את ההדפסה של מסלולים מוליכים לצד תאים חיים באמצעות שילוב של חדירה וטכניקות ישירות-write.האתגר הוא להבטיח כי הרכיבים האלקטרוניים אינם מתאימים ואינם מפריעים לתפקוד רקמות.

מסקנה

Bioprinting התפתחה מטכנולוגיית הוכחה-of-תפיסת כלי רב עוצמה עבור הנדסת רקמות לב, המאפשר יצירת מבנים מורכבים, רב-תאיים עם דיוק מרחבי גבוה. Extrusion מבוסס, דיוג'ט, לייזר-מחוסן, ו-stereolithography שיטות כל אחד לתרום יתרונות ייחודיים, ושילוב שלהם במדפסות היברידיות מבטיח להתגבר על מגבלות אישיות.