3D-bioskrivning
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/55/Printer_3D_Bioprinting_Solutions.jpg/250px-Printer_3D_Bioprinting_Solutions.jpg)
3D-bioskrivning är en process för att skapa cellmönstrade strukturer med hjälp av friformsframställning, där cellernas funktion och livskraft bevaras inom den skrivna strukturen.[1][2] 3D-bioskrivning använder lager-för-lager-metoden för att skapa vävnadsliknande strukturer som sedan används för vävnadsrekonstruktion och regenerativ medicin.[3]
Bioskrivning täcker ett brett spektrum av olika material. För närvarande kan bioskrivning användas för att skriva vävnader och organ för att hjälpa farmaceutisk forskning.[4] En ytterligare metod inom 3D-bioskrivning är att endast skriva strukturskelett (formgivande struktur). Strukturen kan sedan badas i stamceller, varpå stamcellerna integreras i strukturen. Därpå differentieras cellerna, och den resulterande celltypen bestäms i hög grad av strukturskelettets mekaniska egenskaper. Den resulterande vävnaden kan sedan användas för att återskapa leder och ligament. Det första patentet för denna teknologi registrerades i USA år 2003 och accepterades år 2006.[2][5]
Tekniken har för närvarande begränsad kommersiell tillämpning. Johnson & Johnson samarbetar med det kanadensiska startup-företaget Aspect Biosystems för att framställa konstgjorda menisker. Sminkföretaget L'Oréal driver ett forskningsprojekt för att skapa artificiell mänsklig hud för att kunna ersätta djurtester och skapar redan cirka 5 kvadratmeter hud per år.[6]
I Sverige forskar Paul Gatenholm på Chalmers tekniska högskola inom 3D-bioskrivningsutveckling.[7]
Process
3D-bioskrivning består generellt av tre steg: pre-bioskrivning, bioskrivning och post-bioskrivning.[8][9]
Pre-bioskrivning
Pre-bioskrivning är den del av processen där en skrivbar modell skapas och de skrivmaterial som ska användas väljs. Ett av de första stegen är att genomföra en vävnadsprovtagning av organet som ska skrivas ut. Friformsframställning skapar 3D-strukturer genom att skriva ut lager för lager, och därför kräver 3D-bioskrivning en tomografisk rekonstruktion av organet som ska återskapas. För att tillgodose detta, används vanligen röntgenundersökning, datortomografi (CT) och magnetkameraundersökning (MRI).[10] Resultatet är en stack av 2D-bilder som omvandlas till ett format som skrivaren kan behandla. I nästa steg isoleras och odlas utvalda celltyper.[8] Dessa celler blandas sedan med ett särskilt näringsmedium som tillgodoser cellerna med syre och näring. I vissa processer kapslas cellerna in i sfäroider av cirka 500 μm i diameter. Ett exempel på en sådan process är extrusion.[1]:165
Bioskrivning
I nästa steg sker själva skrivningen. I detta steg tillämpas åtminstone en av tre olika skrivtekniker: bläckstråleskrivning/inkjet, mikroextrusion eller laserassisterad skrivning.[11] Vätskeblandningen (även kallad Bioink), bestående av celler, extracellulär matrix och näring, fyller en bläckpatron för att sedan skrivas enligt modellen som skapats med hjälp utifrån patientens medicinska visualiseringar.[12] Resultatet är en bioskriven förvävnad, som sedan förs in i en inkubator, där denna förvävnad mognar och övergår i vävnad.[13]
En viktig utmaning är att artificiella organ, till exempel lever och njurar som skapas genom 3D-bioskrivning, har visats sakna kritiska komponenter såsom fungerande blodkärl, tubuli för att föra bort urin samt framväxten av de miljarder celler som krävs för att återskapa organen. Utan blodkärl har kroppen ingen förmåga att transportera livsuppehållande näring och syre in i organets djupliggande vävnad.[14] Då varje vävnad i kroppen är uppdelad i olika celltyper, varierar de tillgängliga skrivteknikerna i förmåga att upprätthålla stabilitet och livskraft hos cellerna under skrivprocessen. Bland metoderna som används för 3D-bioskrivning av celler finns fotolitografi, magnetisk bioprintning, stereolitografi, och direkt cellextrusion.[1]:196
Post-bioskrivning
Post-bioskrivningsprocessen är nödvändig för att skapa stabila strukturer. Om denna process inte utförs väl, så riskeras det skrivna objektets mekaniska integritet och funktion.[8] För att bibehålla objektet behövs vanligtvis både mekanisk och kemisk stimulering. Stimuleringarna ger upphov till signaler hos cellerna för att kontrollera vävnadstillväxten och -ommodelleringen. Genom den senaste utvecklingen, har bioreaktortekniker möjliggjort snabb vävnadsmognad, nybildning av blodkärl i vävnaden och förmågan att överleva transplantering.[9]
Bioreaktorer fungerar antingen genom att ge upphov till konvektiv näringstransport, mikrogravitationsmiljöer, tryckskillnad som får lösningen att röra sig genom vävnaden eller mekanisk belastning. Varje slags bioreaktor är ideal för olika vävnadsslag. Till exempel är kompressionsbioreaktorer ideala för broskvävnad.[1]:198
Ledvävnadsrekonstruktion
Den mänskliga kroppen har mycket liten förmåga att reparera skador av viktiga komponenter i ledederna, såsom korsband, ledbrosk och senor. De senaste åren har forskare utvecklat metoder där stamceller och blodplättsberikad plasma injiceras för att främja läkning av ledskador. Att få fram vävnad med likvärdig kvalitet som den naturliga är dock en fortsatt utmaning. En forskningsstudie på grisar, i vilka det främre korsbandet återskapades på artificiell väg med hjälp av 3D-bioskrivning, fann man att dessa grisar var mycket mindre benägna att utveckla artros än de grisar som behandlats genom traditionell korsbandsrekonstruktion. [15]
Se även
- Bico Group, tidigare Cellink AB
- Friformsframställning
- Vävnadsrekonstruktion
- Stamcell
Referenser
Noter
- ^ [a b c d] Chua, C.K.; Yeong, W.Y. (2015). Bioprinting: Principles and Applications. Singapore: World Scientific Publishing Co. sid. 296. ISBN 9789814612104. https://books.google.com/books?id=nhK3CgAAQBAJ&printsec=frontcover. Läst 17 februari 2016
- ^ [a b] Doyle, Ken (15 May 2014). ”Bioprinting: From patches to parts”. Gen. Eng. Biotechnol. News 34 (10): sid. 1, 34–5. doi:10.1089/gen.34.10.02.
- ^ ”Advancing Tissue Engineering: The State of 3D Bioprinting” (på amerikansk engelska). 3DPrint.com. https://3dprint.com/26107/ui-bioprinting-3d-print/. Läst 9 april 2016.
- ^ ”ExplainingTheFuture.com : Bioprinting”. www.explainingthefuture.com. http://www.explainingthefuture.com/bioprinting.html. Läst 9 april 2016.
- ^ ”US2004237822 (A1) - Ink-jet printing of viable cells” (på engelska). espacenet.com. European Patent Office. https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio?CC=US&NR=7051654&KC=&FT=E&locale=en_EP#.
- ^ ”Printed human body parts could soon be available for transplant”. The Economist. http://www.economist.com/news/science-and-technology/21715638-how-build-organs-scratch. Läst 21 februari 2017.
- ^ Alpman, Marie. ”3d-skrivaren printar ut framtidens organ”. Ny Teknik. http://www.nyteknik.se/digitalisering/3d-skrivaren-printar-ut-framtidens-organ-6399767. Läst 21 februari 2017.
- ^ [a b c] Shafiee, Ashkan; Atala, Anthony (2016-03-01). ”Printing Technologies for Medical Applications”. Trends in Molecular Medicine 22 (3): sid. 254–265. doi:10.1016/j.molmed.2016.01.003. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1471491416000149.
- ^ [a b] Ozbolat, Ibrahim T. (2015-07-01). ”Bioprinting scale-up tissue and organ constructs for transplantation”. Trends in Biotechnology 33 (7): sid. 395–400. doi:10.1016/j.tibtech.2015.04.005. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167779915000967.
- ^ Murphy, Sean V.; Atala, Anthony. ”3D bioprinting of tissues and organs” (på engelska). Nature Biotechnology 32 (8): sid. 773–785. doi:10.1038/nbt.2958. ISSN 1087-0156. http://www.nature.com/nbt/journal/v32/n8/full/nbt.2958.html. Läst 14 april 2017.
- ^ Murphy, Sean V.; Atala, Anthony. ”3D bioprinting of tissues and organs” (på engelska). Nature Biotechnology 32 (8): sid. 773–785. doi:10.1038/nbt.2958. ISSN 1087-0156. http://www.nature.com/nbt/journal/v32/n8/full/nbt.2958.html. Läst 14 april 2017.
- ^ Cooper-White, M. (1 mars 2015). ”How 3D Printing Could End The Deadly Shortage Of Donor Organs”. Huffpost Science. TheHuffingtonPost.com, Inc. http://www.huffingtonpost.com/2015/03/01/3d-printed-organs-regenerative-medicine_n_6698606.html. Läst 17 februari 2016.
- ^ Thomas, Daniel J. (2016-01-01). ”Could 3D bioprinted tissues offer future hope for microtia treatment?” (på brittisk engelska). International Journal of Surgery 32: sid. 43–44. doi:10.1016/j.ijsu.2016.06.036. https://cronfa.swan.ac.uk/Record/cronfa29537.
- ^ Harmon, K. (2013). ”A sweet solution for replacing organs” (PDF). Scientific American 308 (4): sid. 54–55. doi:10.1038/scientificamerican0413-54. Arkiverad från originalet den 17 februari 2016. https://web.archive.org/web/20160217174416/https://bioengineering.rice.edu/uploadedFiles/Bioengineering/The_Big_Picture/scientificamerican0413-54.pdf. Läst 17 februari 2016. Arkiverad 17 februari 2016 hämtat från the Wayback Machine. ”Arkiverade kopian”. Arkiverad från originalet den 17 februari 2016. https://web.archive.org/web/20160217174416/https://bioengineering.rice.edu/uploadedFiles/Bioengineering/The_Big_Picture/scientificamerican0413-54.pdf. Läst 14 april 2017.
- ^ Wallis, Claudia. ”The Coming Revolution in Knee Repair” (på engelska). Scientific American 312 (3): sid. 25–26. doi:10.1038/scientificamerican0315-25. https://www.scientificamerican.com/article/three-biotech-solutions-for-knee-repair/. Läst 10 april 2017.