3D-Bioprinting ist eine Technologie, die einen 3D-Bioprinter verwendet, um ein Zellgerüst zu erstellen und dann Zellen in das Gerüst zu säen, damit die Zellen wachsen können. Bioprinting verwendet ein Schicht-für-Schicht-Herstellungsverfahren unter Verwendung von Biotinten, um Zellgerüste zu erstellen, die lebendes Gewebe nachahmen und präzise kontrollierte 3D-Gewebestrukturen mit gewebeähnlicher Komplexität erzeugen können. Es hat großartige Anwendungen in den Bereichen Medizin und Gewebezüchtung. Bioprinting kann derzeit zum Drucken von Geweben und Organen für Arzneimitteltests sowie zur Herstellung von Zellgerüsten verwendet werden. Diese Gerüste können in Gelenkknorpel- oder Bandregenerationstechniken verwendet werden
1. Das Konzept des 3D-Biodrucks
Mit der Entwicklung des biologischen 3D-Drucks wird auch dessen Konzept kontinuierlich erweitert und ausgebaut. Derzeit kann der biologische 3D-Druck in zwei Konzepte unterteilt werden: breit und eng. Im weiteren Sinne kann der 3D-Druck, der direkt dem Bereich der Biomedizin dient, als Kategorie des Bio-3D-Drucks angesehen werden, während im engeren Sinne der Prozess der Manipulation zellhaltiger Bioinks zum Aufbau aktiver Strukturen normalerweise der Fall ist genannt Bio-3D-Druck.
※ Im weitesten Sinne kann der biologische 3D-Druck grob in 4 Ebenen unterteilt werden:
① Herstellung von Strukturen ohne Biokompatibilitätsanforderungen, wie z. B. 3D-Druck von Produkten, die derzeit in der chirurgischen Pfadplanung weit verbreitet sind.
② Herstellung von nicht abbaubaren Produkten mit Biokompatibilitätsanforderungen, wie Titanlegierungsgelenke, Silikonprothesen für defekte Reparaturkörper usw.
③ Herstellung von Biokompatibilitätsanforderungen, abbaubare Produkte wie aktiver Keramikknochen, abbaubare Blutgefäßstents usw.
④Schmales Bio-3D-Drucken, d. h. Manipulieren lebender Zellen zum Aufbau von biomimetischen dreidimensionalen Geweben, z. B. Drucken von Zellmodellen für das Arzneimittel-Screening und die Erforschung von Mechanismen, von Lebereinheiten, Haut, Blutgefäßen usw. Der Prozess der Manipulation Zellen im Bio-3D-Druck können auch Zelldruck genannt werden (Zelldruck)
※ Im engeren Sinne können die Konzepte des Zelldrucks und des Bio-3D-Drucks ausgetauscht werden. Darüber hinaus ist manchmal Organdruck zu sehen.
Das Konzept des Organdrucks, normalerweise kann dieses Konzept auch als austauschbar mit dem Zelldruck und dem biologischen 3D-Druck im engeren Sinne angesehen werden
2. Das Kernmaterial des 3D-Biodrucks ist Bioink
3D-Druck-Organismen verwenden hauptsächlich Biotinten, um lebende Gewebe zu imitieren. Bioinks müssen zunächst eine sehr gute biologische Aktivität aufweisen, ähnlich der extrazellulären Matrixumgebung im Körper, die die Weiterentwicklung gedruckter Zellen erleichtert und die Kommunikation zwischen Zellen herstellt.
Derzeit gibt es vier Haupttypen von Biotinten: ionenvernetzend, temperaturempfindlich, lichtempfindlich und scherverdünnend:
◆ Der ionische Vernetzungstyp realisiert hauptsächlich das Aushärten des Hydrogels durch die ionische Vernetzungsreaktion, wie die Tinte der Alginatreihe, wenn das Natriumion im Natriumalginat durch das Calciumion ersetzt wird, wird das Calciumalginat-Hydrogel erhalten .
◆ Temperaturempfindliche Tinte realisiert den Übergang vom Sol-Zustand zum Gel-Zustand hauptsächlich durch Erhitzen oder Abkühlen, wie z. B. Gelatine-Tinte, beim Drucken ist es notwendig, die Düse zu erhitzen, um die Gelatine zu schmelzen, und die untere Druckplattform zu kühlen, um die Gelatine-Aushärtung zu erreichen ;
◆ Die lichtempfindliche Tinte verwendet hauptsächlich Licht, um den Photoinitiator in der Tinte zu aktivieren, um den Übergang der Tinte vom Sol-Zustand zum Gel-Zustand zu realisieren. -GM-Serie) Material.
◆ Scherverdünnende Tinte nutzt hauptsächlich das Phänomen, dass die scheinbare Viskosität einiger Materialien mit zunehmender Scherspannung abnimmt. Im Sol-Zustand wird beispielsweise Carbomer-Kleber plus GelMA oder Kollagen verwendet, um Bioink zu bilden.
3. 3D-Bioprinting-Prozess
Nach den unterschiedlichen Formgebungsprinzipien und Druckmaterialien kann die biologische 3D-Drucktechnologie in 3DP-, SLS-, FDM-, SLA-Druck usw. unterteilt werden.
4. Anwendungen des 3D-Biodrucks
Da der 3D-Biodruck nicht nur Strukturen mit bestimmten Formen herstellen kann, sondern auch eine dreidimensionale Kulturumgebung für Zellen bietet, hat der 3D-Biodruck ein breites Anwendungsspektrum bei der Herstellung von Geweben und Organen. Derzeit wird es hauptsächlich in Knorpel, Haut, Blutgefäßen, Tumormodellen und anderen komplexen Organen verwendet. 's Druck.
5. Die Zukunft des 3D-Biodrucks
3D-Bioprinting ist eine neue Technologie, die Biomanufacturing und Additive Manufacturing kombiniert. Es ist eine multidisziplinäre Spitzentechnologie wie Maschinen, Materialien, Biologie und Medizin. Es bietet einen neuen Weg für die Forschung auf dem Gebiet der Gewebezüchtung und der regenerativen Medizin. Derzeit hat Bioprinting große Fortschritte in der Herstellung von Biotinte, der Forschung und Entwicklung von Druckverfahren, der Entwicklung von Druckgeräten und der medizinischen Anwendungsforschung gemacht, aber derzeit konzentrieren sich die meisten dieser Forschungen auf die Lösung von Herstellungsproblemen. Funktionale Durchbrüche und Anwendungen.
