Bioprinters zijn een speciaal type 3D-printer. Op basis van computergestuurde tissue engineering kunnen ze weefsels of bio-arrays produceren. In de toekomst zou het mogelijk moeten zijn om met hun hulp organen en kunstmatige levende wezens te produceren.
Wat is een bioprinter?
Bioprinters zijn een speciaal type 3D-printer. Bioprinters zijn technische apparaten om biologische weefsels en organen in drie dimensies af te drukken door ze in levende cellen over te brengen. 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. Het activiteitswoord voor bioprinter wordt bioprinting genoemd. Bioprinting begint met de basissamenstelling van het doelweefsel of orgaan. De bioprinter wordt uitsluitend in een laboratoriumomgeving gebruikt. De speciale 3D-printer slaat via een print dunne cellagen op en vormt deze hoofd als gevolg. Om dit te doen, moet het hoofd van de bioprinter beweegt naar links, rechts, omhoog of omlaag. Bioprinters gebruiken bio-inkt of bioprocessing-protocollen om organische materialen te bouwen. Dit zijn biopolymeren met cellen van levende organismen en hydrogels die tot 90% bevatten water De stromingseigenschap moet nauwkeurig worden berekend. Enerzijds de massa moet vloeibaar genoeg zijn zodat de naalden van de injectiespuiten niet verstopt raken, en anderzijds moet het voldoende stevig zijn zodat de structuur van het doelwit duurzaam is. Andere toepassingen voor bioprinting zijn onder meer transplantatie, chirurgisch therapie, tissue engineering en reconstructieve chirurgie.
Vormen, typen en soorten
Momenteel worden bioprinters zeer sporadisch gebruikt in de commerciële sector. Omdat bioprinting zich in de ontwikkelingsfase bevindt, zijn volwassen soorten of typen bioprinters momenteel niet geverifieerd. In principe kan echter elke 3D-printer worden gebruikt voor bioprinting. Om dit te doen, het veelgebruikte PVC poeder moet worden vervangen door geschikte cellen. Ook worden er processen getest waarmee het mogelijk is om bioprinters te ontwikkelen van normale inkjetprinters. Aan de bio-inkt moeten hoge eisen worden gesteld. Elke stof die voor klinische doeleinden wordt gebruikt, moet bijvoorbeeld voldoen aan strikte internationale specificaties. Voordat ze worden gebruikt bij bioprinting, moeten dergelijke stoffen jarenlang worden getest.
Structuur en werkwijze
De manier waarop een bioprinter werkt, lijkt sterk op het werkingsprincipe van een gewone 3D-printer. Mallen worden opgebouwd door middel van een extruder. Geen PVC poeder wordt gebruikt, zoals bij conventionele 3D-printers, maar een polymeergel, meestal op basis van alginaat. De huidige bioprinters, die in de praktijk sporadisch worden gebruikt, produceren druppeltjes met elk tussen de 10,000 en 30,000 individuele cellen. De organisatie van deze afzonderlijke cellen, gebaseerd op geschikte groeifactoren, wordt verondersteld samen te komen om functionele weefselstructuren te vormen. Bioprinters hebben temperatuurregeling nodig om nauwkeurig te kunnen printen. De huidige bioprinters zijn ruimtelijk erg groot en kunnen enkele meters breed, lang en hoog zijn. Een computer, die zich meestal buiten de printer bevindt, bestuurt de spuitplunjers. De basis hiervoor zijn de digitaal beschikbare data van een 3D-model. De bioink wordt uit de maximaal acht spuitmonden geduwd en de beoogde structuur wordt op een platform opgebouwd.
Medische en gezondheidsvoordelen
In principe zullen bioprinters in de toekomst met name op drie gebieden worden toegepast: geneeskunde, voedingsindustrie en synthetische biologie. In de geneeskunde is het gebruik van bioprinters denkbaar en voorzien in de deelgebieden van chirurgie therapie, reconstructieve chirurgie, orgaandonatie, en transplantatie Zeker bij organen van bioprinters is een groot voordeel duidelijk: de exacte afstemming op het lichaam waarvoor bedoeld is transplantatie Op deze manier kan de zoektocht naar een geschikt donororgaan dat past bij het ontvangende lichaam, die nu nog nodig is, worden gestaakt. Bij reconstructieve chirurgie wordt vereenvoudiging en verbetering verwacht, waarbij procedures denkbaar zijn waarbij cellen uit verschillende delen van het lichaam van de patiënt worden gehaald, zoals oren, vingers en knieën. Deze cellen worden vermenigvuldigd in een laboratorium. Biopolymeer wordt vervolgens toegevoegd. Van zo'n suspensie kan de bioprinter in theorie een graft bouwen. Dit wordt vervolgens bij de patiënt geïmplanteerd. De lichaamseigen cellen breken het biopolymeer vervolgens na verloop van tijd af. Het voordeel zou met name kunnen liggen in het feit dat het transplantaat niet door het lichaam wordt afgestoten. Bovendien zou zo'n transplantatie dat kunnen groeien met het lichaam. De reden voor deze positieve eigenschap is dat het implantaat is gekoppeld aan het groeiregelingssysteem van de patiënt. Het onderzoeksveld naar het gebruik van bio-implantaten in de geneeskunde blijft groeien Op dit moment is de productie van grafts van kraakbeen, zoals een neus-, is heel goed denkbaar. Kritischer is de productie van lichaamsorganen. Met name het aantal capillairen dat nodig is om de organen van stroom te voorzien is momenteel niet met de nodige precisie denkbaar. Een ander probleem kan ontstaan door het feit dat in complexe structuren zoals lichaamsorganen, verschillende cellen moeten worden gecoördineerd en met elkaar moeten communiceren om verschillende functies uit te voeren. Bioprinters kunnen ook worden gebruikt om vlees te produceren in de voedingsindustrie. De eerste bedrijven hebben - naar eigen zeggen - al met succes dergelijke producten gedrukt. Deze zouden zowel smakelijk als minder duur zijn dan het slachten. Er wordt momenteel echter geen vlees verkocht dat door bioprinting is gedrukt.
