Cardiovascular hastalığı, küresel olarak ölüm nedeni olarak kalır, yerli myocardium mimarisini ve işlevini onarabilir veya yerine getirebilen yenilikçi tedaviler için acil bir ihtiyaçtır. Biyoprinting – yaşayan hücreleri ve biyomalzeme modeli ile ilgili tekniktir.Bu makale, ana biyoköke doku mühendisliğinde kullanılan temel biyo-boyutlama tekniklerinin bir incelenmesi olarak ortaya çıktı.

Cardiyak Onarım için Biyoprinting Sözlüğü

Geleneksel scaffold tabanlı doku mühendisliğinden farklı olarak, biyokütleli hücrelerin hassas yersel düzenlemesini sağlar ve stromal bariyerler sağlar. Bu özellik, sözleşme senkronizasyonu ve karmaşık hiyerarşik yapısına dayanır.Bu adresleri içeren komplike kardiyomitozlar, endotel kompozisyonlar, mimari ve post-printing matural hücrelerine yardımcı olur.

Cardiyak Dokunuşu Teknikleri için Core Bioprinting Techniques for Cardiya Tound

Çeşitli biyoprinting yöntemleri kalp uygulamaları için uyarıldı, her biri karar, hız, cep viability ve yüksek performanslı biyoinksleri ele alma yeteneği.En yaygın incelenen teknikler, Strokjet tabanlı, lazer destekli ve stereolithography bazlı biyoprinting.

Endüktif Biyoprinting

Biyoprodüksiyon, yoğun hücre popülasyonları ile pnömatik hücrelerin sürekli filamentlerini ortadan kaldırmak için pnömatik veya mekanik bir güç kullanır, çünkü bu yöntem özellikle kalp dokusu mühendisliği için uygundur, çünkü yüksek performanslı biyoinktörler ile yoğun hücre popülasyonları ile birlikte çalışır - birkaç adet kartuşu yazdırma yeteneği, araştırmacıların da doğrudan mikropson içeren bir hücreli büyüme faktörü oluşturabilir.

Ek olarak, eksternal matriks (dECM) ile ilgili olarak, bu jelatin methariloyl (GelMA) ile ilgili olarak, viability ve decellularized extracellular matrix (dECM) Bu jelatin mekanik özellikleri, peçet dokularının sertliklerini eşleştirmeye izin verebilir (örneğin, optik kanallarını kullanarak kritik bir adım)

Inkjet Bioprinting

Inkjet biyoprinting, düşük ücretli biyoink (tipik olarak <10 mPa·s) ısı veya pasta gibi ağların üzerinden yapılır.Dörtçe uygulamalar, inkjet baskısı tamamen ikinci başına binlerce damlaya kadar - büyük alanlara hızlı bir şekilde uzanmaktadır.

Hız ve hassas olmasına rağmen, inkjet biyoprinting hücre yoğunluğunda sınırlamalar gösterir.Her damlalet sadece küçük bir hücre sayısı (tipik olarak 1-10), kalın, fonksiyonel dokular için gerekli olan yüksek hücreselliğe ulaşmak için zorlaşır. Ek olarak, termal inkjet yazıcılar, yüksek sıcaklık artışlarına (300 °C'ye kadar) yol açabilir, bu nedenle degerçerojenler ısıtılır (%85).

Lazere Sahip Biyoprinting

Lazer destekli biyoprinting (LAB), küçük bir biyoink hacmini bir bağışçıdan almak için odaklanmış bir lazer darbesini kullanıyor. Lazer, biyoink altında metal bir tabaka tarafından absorbe edilir, yerelleştirilmiş buharlaşma ve bir damlacıklı yaklaşım, son derece yüksek hücreli dokular ile karakterize etmek için ideal hale getirebilir.

Ancak, LAB nispeten yavaş bir süreçtir ve karmaşık optik kurulumlar gerektirir, ölçeklenebilirliğini sınırlandırır. düşüş boyutu ve ayrıştırma frekansı lazer parametreleri (enerji, nabız süresi) ve biyoink film kalınlığı, bu zorluklar için dikkatlice optimize edilmelidir, LAB, her uygulama için kullanılabilir.) insan hücresi tarafından oluşturulan kök hücreli yapıların kullanılarak üretilen kalpli yamalar yazdırıldı.

Stereolithography-Based Bioprinting

Stereolithography (SLA) bir ışık kaynağı (UV veya görünür) seçici olarak bir şekilde bir fotopolimerizable bioink'i bir katmanda-katlı modada kullanarak, SLA küçük veya büyük bir stresle baskı gerektirmez, oar stresi tamamen ortadan kaldırır ve viabilite olmadan viotropus biyoinks kullanımını azaltır. SLA son derece yüksek çözünürlükte elde edebilir - 10 μm'ye kadar - ve kompleksleri üretir.

Önemli bir sınırlama SLA tipik olarak fotosintiatörlerin dahil edilmesi gerekir, bu da yüksek konsantrasyonlarda cytooksit olabilir. Ayrıca, ışık penetrasyonunun derinliği, daha sonra birkaç milimetreye kadar uzanır. ancak, araştırmacılar çok-fotojen polimerizasyon ve dijital ışık işleme (DLP) gelişmiş hız ve kalınlık yeteneklerine sahiptir.In cardiyak uygulamalar için, SLA genellikle hücrelerle ilgili basit çuvallar oluşturmak için kullanılır.

Cardiya Bioprinting'teki kritik zorluklar

Dikkat çekici ilerlemeye rağmen, birkaç engel biyoköpektif kalp dokularını klinik uygulamalara ulaşmadan engeller. Bu zorluklar damarizasyon, maturasyon, mekanik bütünlüğü ve immüngenity.

Vascularizasyon

Yerli kalp dokusu yoğun olarak damarlanmış - kardiyomisit, yüksek metabolik talebi desteklemek için bir kapillaryin 10-20 μm içinde yatıyor. Biyoprinted yapılar, oksijen ve besinleri sunmak için benzer bir hiyerarşik ağ dahil etmelidir ve çöp boşluğu kaldırılır.Bir hücreli inşa olmadan, büyük bir büyüme kısıtlamaları oluşturmak için daha sonra, konuyumu oluşturmak için eklenmeli ve eklemeli bir bağlantı oluşturmak için eklenmiş olan ve eklenmiş bir şekilde baskı malzemeleri içeren.

Maturation and Fonksiyonelity

Kartiomyosits pluripotent kök hücrelerden elde edilen karizmalar genellikle olgunlaşmamış, kötü organize sarkomerler, düşük sözleşmeli kuvvet ve organik dövme oranları yetişkin dokudan farklı olarak, mekanik yüklerin sözleşmesel gücü güçlendirdiği ve genellikle uzun süreli bir kültür içerir, özellikle de üç boyutlu bir şekilde inşa edilen elektrik uyarıları ilerleyici bir şekilde yapılır. Araştırmalar, fizyolojik frekanslarda elektriksel olarak (1–2 Hz) artış ve hipertrofikasyonun iyileştirilmesi ve hipertrofiyete artış gösterir.

Mekanik Dürüstlük ve İşleme

Biyoprinted kardiyak dokular cerrahiye dayanmalıdır ve mekanik özellikleri artırmak için intrategiesler (örneğin, nanofibrillated cellüloz, ipek fibroin), enzimler veya iyonik çözümlerle bağlantı kurmak ve biyodegrad edilebilir bir sentetik materyali geliştirmek için hızla entegre etmek gerekir.

Immunogenity and Integration

Otomatiklog veya tümojen hücreleri kullanırken bile, bağışıklık sistemi, hayvan modellerinde biyomalzemelere veya basılı hücrelerde sunulan küçük antijenlere cevap verebilir. ECM bazlı biyoinksler immünoterapist reaksiyonlarını tetikleyebilir ve sentetik polimerlerin inmelerine neden olabilir. - Evlat öncesi çalışmalarda hayvan modellerinde klinik çalışmalar ev sahibi yanıtı değerlendirmek ve doku entegrasyonunun derecesini değerlendirmek için kritiktir.

Yenilik ve Gelecek Yolları

Mevcut sınırlamaların üstesinden gelmek için, alan birden çok cephede ilerliyor: yeni biyoink formülasyonlar, çok-malzeme ve multi-teknoloji yazıcılar, entegre algılama ve dinamik maturasyon platformları.

Gelişmiş Biyoinks

Sonraki nesil biyoinks, talep üzerine büyüme faktörlerini taklit etmek için mühendisidir ve nanotüpler veya altın nanoteller dahil olmak üzere, basılı kardiyomiler arasında elektrik bağlantılarını artırmakta olan sinerjik veya insan kardiyak ECM, biyoinkotik bir şekilde biyoçeşitlilik sağlayan hücrelerdir.

Multi-Mal ve Multi-Teknoloji Platformu

Tek baskı tekniği aynı zamanda yüksek çözünürlük, yüksek hücre yoğunluğu ve hızlı inşaat sağlayabilir.Eleşimli (toplanmış doku için), inkjet (iyi bir vazo için) ve lazer destekli (gerçek yerleştirme için) geliştirilebilir.Bu platformlar aynı yapı sürecinde baskı kafa yatakları arasında geçiş yapabilir, karmaşık kalpli yapıların oluşturulmasına izin verir.Forkjet (örneğin, büyük bir kardiyak yama, bir GelMA-karyomosit kullanarak yazdırılabilir.

4D Biyoprinting ve StimuliResponsive Materials

4D biyoprinting, implantasyon üzerine 3 boyutlu bir şekil veya sabitlenmiş bir şekilde ısı, pH veya osmotic basıncı gibi dış uyaranlara yanıt veren bir düz yama ortaya koyar, bu da en azından kateterlerin implantasyona doğru düzgün bir şekilde teslim edilmesi anlamına gelebilir veya kateterler altında sertleştirici bir şekilde baskıya neden olabilir.

Biyoreactors ve Maturation Systems

Özel biyoreactors'ta kültür, doku maturasyonu teşvik etmek için çok önemlidir. Mevcut sistemler kalın yapılara destek vermek için perfüzyon sağlar, kalp atışlarını ve elektrik alan uyarılarını geliştirmek için uyarı yapar.Bu sistemler nakil için yeterince sağlam biyoreactors üretirler.

Sensörler ve Elektronik

Geleceğin kardiyak yamalar elektrik aktivitesini izlemek için esnek elektronik sensörler içerebilir, pH ve implantasyondan sonra baskı. Bu akıllı yamalar doku sağlığı ve entegrasyonunda gerçek zamanlı geri bildirimler sağlayabilir, rehberlik tedavi kararları. Araştırmacılar zaten ekleyen iletken parçaların baskısını göstermiştir. elektronik parçaların bir kombinasyonunu kullanarak.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Biyoprinting, yüksek uzaysal hassasiyetle inşa edilmiş, inkjet, lazer destekli sistemler ve stereolithografi yöntemleri her bir benzersiz avantaja katkıda bulunur ve hibrit yazıcılarda kombinasyonlar bireysel kısıtlamaların üstesinden gelmelerini sağlar.