Bioprinter zijn een speciaal type 3D-printer. Op basis van computergestuurde tissue engineering kunnen ze weefsels of bioarrays produceren. In de toekomst zou het met hun hulp mogelijk moeten zijn om organen en kunstmatige levende wezens te produceren.
Wat is een bioprinter?
Bioprinters zijn technische apparaten voor het driedimensionaal printen van biologische weefsels en organen door ze over te brengen naar levende cellen. Dit gebied van 3D-printen bevindt zich nog in een experimenteel stadium en wordt voornamelijk onderzocht in wetenschappelijke studies aan universiteiten. Het doel is om de mogelijkheid te creëren om functionele vervangende weefsels en organen te produceren die kunnen worden gebruikt bij medische behandelingen.
De term die wordt gebruikt om de bioprinter te beschrijven, wordt bioprinting genoemd. Bioprinting begint met de basissamenstelling van het doelweefsel of orgaan. De bioprinter wordt alleen gebruikt in een laboratoriumomgeving. De speciale 3D-printer slaat en vormt daardoor via een printkop dunne cellagen. Om dit te doen, beweegt de kop van de bioprinter naar links, rechts, omhoog of omlaag.
Bioprinters gebruiken bio-inkt of bio-proceslogboeken om organische materialen te bouwen. Dit zijn biopolymeren met cellen van levende wezens en hydrogel met tot 90% water. De stromingseigenschap moet exact worden berekend. Enerzijds moet de massa vloeibaar genoeg zijn zodat de canules van de injectiespuiten niet verstoppen en anderzijds moet ze voldoende stevig zijn zodat de structuur van het doel duurzaam is.
Andere toepassingen voor bioprinting zijn onder meer transplantaties, chirurgische therapie, weefselmanipulatie en reconstructieve chirurgie.
Vormen, soorten en typen
Op dit moment worden bioprinters nog maar zeer zelden gebruikt in de commerciële sector. Aangezien bioprinting zich in de ontwikkelingsfase bevindt, zijn volwassen typen of typen bioprinters momenteel niet geverifieerd. In principe kan echter elke 3D-printer worden gebruikt voor bioprinting. Om dit te doen, moet het gewoonlijk gebruikte PVC-poeder worden vervangen door geschikte cellen. Daarnaast worden er processen getest waarmee het mogelijk is om bioprinters te ontwikkelen van normale inkjetprinters.
De bio-inkt moet aan hoge eisen voldoen. Zo moet elke stof die voor klinische doeleinden gebruikt gaat worden aan strenge internationale eisen voldoen. Voordat ze kunnen worden gebruikt bij bioprinting, moeten dergelijke stoffen jarenlang worden getest.
Structuur en functionaliteit
De werking van een bioprinter lijkt sterk op het werkingsprincipe van een gewone 3D-printer. Mallen worden opgebouwd met behulp van een extruder. Er wordt echter geen PVC-poeder gebruikt, zoals bij conventionele 3D-printers, maar een polymeergel, meestal op basis van alginaat.
De huidige bioprinters, die soms in de praktijk worden gebruikt, produceren druppeltjes die elk tussen de 10.000 en 30.000 individuele cellen bevatten. De organisatie van deze individuele cellen moet samenkomen om functionele weefselstructuren te vormen op basis van overeenkomstige groeifactoren.
Bioprinters hebben temperatuurregeling nodig voor nauwkeurig afdrukken. De huidige bioprinters zijn ruimtelijk gezien erg groot en kunnen enkele meters breed, lang en hoog zijn. De plunjers van de injectiespuiten worden aangestuurd via een computer, die zich meestal buiten de printer bevindt. De basis hiervoor zijn de digitaal beschikbare data van een 3D-model. De bio-inkt wordt uit maximaal acht spuitmonden geperst en de beoogde structuur wordt op een platform gebouwd.
Medische en gezondheidsvoordelen
Bioprinters worden in principe met name op drie gebieden gebruikt: in de geneeskunde, de voedingsindustrie en in de synthetische biologie. In de geneeskunde is het gebruik van bioprinters in de deelgebieden chirurgische therapie, reconstructieve chirurgie, orgaandonatie en transplantatie denkbaar en gepland.Vooral bij organen van bioprinters ligt een groot voordeel voor de hand: de exacte aanpassing aan het lichaam bedoeld voor de transplantatie. Op deze manier kan de zoektocht naar een geschikt donororgaan dat geschikt is voor het ontvangende lichaam worden gestopt.
Bij reconstructieve chirurgie worden vereenvoudiging en verbetering verwacht. Hierbij zijn procedures denkbaar waarbij cellen uit verschillende delen van het lichaam - bijvoorbeeld oren, vingers en knieën - bij de patiënt worden afgenomen. Deze cellen worden vermeerderd in een laboratorium. Vervolgens wordt biopolymeer toegevoegd. De bioprinter kan theoretisch een transplantatie bouwen uit zo'n suspensie. Dit wordt gebruikt voor de patiënt. De lichaamseigen cellen breken het biopolymeer vervolgens na verloop van tijd af. Het bijzondere voordeel zou kunnen zijn dat het transplantaat niet door het lichaam wordt afgestoten. Bovendien zou zo'n transplantatie met het lichaam kunnen meegroeien. De reden voor deze positieve eigenschap is dat het implantaat is gekoppeld aan de groeiregeling van de patiënt.
Het onderzoeksterrein naar het gebruik van bioprinters in de geneeskunde blijft groeien. Op dit moment is het maken van grafts van kraakbeen, zoals een neus, heel goed denkbaar. De productie van lichaamsorganen wordt kritischer bekeken. Met name het aantal capillairen dat nodig is om de organen van stroom te voorzien, kan momenteel niet met de vereiste nauwkeurigheid worden voorgesteld. Een ander probleem kan ontstaan door het feit dat in complexe structuren als lichaamsorganen verschillende cellen op elkaar moeten worden afgestemd en met elkaar moeten communiceren om verschillende functies te kunnen vervullen.
Bioprinters kunnen ook worden gebruikt om vlees te produceren in de voedingsindustrie. Volgens hun eigen verklaringen hebben de eerste bedrijven dergelijke producten al met succes gedrukt. Deze moeten zowel lekker als minder duur zijn dan slacht. Er is momenteel echter geen vlees dat door bioprinting is gedrukt, in de winkels verkrijgbaar.
