3D பயோபிரிண்டிங்கைப் பயன்படுத்தி 'உண்மையான' உயிரியல் கட்டமைப்புகளை உருவாக்குதல்

3D பயோபிரிண்டிங் நுட்பத்தில் ஒரு பெரிய முன்னேற்றத்தில், உயிரணுக்கள் மற்றும் திசுக்கள் 'உண்மையான' உயிரியல் கட்டமைப்புகளை உருவாக்குவதற்காக அவற்றின் இயற்கையான சூழலில் செயல்படும் வகையில் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன.

3D பிரிண்டிங் என்பது ஒரு பொருள் ஒன்றாகச் சேர்க்கப்பட்டு, முப்பரிமாண பொருள் அல்லது நிறுவனத்தை உருவாக்க ஒரு கணினியின் டிஜிட்டல் கட்டுப்பாட்டின் கீழ் இணைக்கப்பட்ட அல்லது திடப்படுத்தப்படும் ஒரு செயல்முறையாகும். Rapid Prototyping மற்றும் Additive Manufacturing ஆகியவை இந்த நுட்பத்தை விவரிக்கப் பயன்படுத்தப்படும் இதர சொற்கள், சிக்கலான பொருள்கள் அல்லது நிறுவனங்களை அடுக்குதல் பொருள் மற்றும் படிப்படியாக கட்டமைத்தல் - அல்லது வெறுமனே ஒரு 'சேர்க்கை' முறை. இந்த குறிப்பிடத்தக்க தொழில்நுட்பம் 1987 இல் அதிகாரப்பூர்வமாக கண்டுபிடிக்கப்பட்ட பின்னர் மூன்று தசாப்தங்களாக உள்ளது, சமீபத்தில் இது முன்மாதிரிகளை தயாரிப்பதற்கான வழிமுறையாக மட்டுமல்லாமல் முழு அளவிலான செயல்பாட்டு கூறுகளை வழங்குவதற்காகவும் பிரபலமாகவும் பிரபலமாகவும் உள்ளது. போன்ற சாத்தியக்கூறுகள் உள்ளன 3D அது இப்போது பொறியியல், உற்பத்தி மற்றும் மருத்துவம் உள்ளிட்ட பல துறைகளில் முக்கிய கண்டுபிடிப்புகளை இயக்குகிறது என்று அச்சிடுகிறது.

பல்வேறு வகையான சேர்க்கை உற்பத்தி முறைகள் உள்ளன, அவை இறுதி முடிவை அடைய அதே படிகளைப் பின்பற்றுகின்றன. முதல் முக்கியமான கட்டத்தில், கணினியில் CAD (கணினி-உதவி-வடிவமைப்பு) மென்பொருளைப் பயன்படுத்தி வடிவமைப்பு உருவாக்கப்பட்டது-இது டிஜிட்டல் ப்ளூபிரிண்ட் என அழைக்கப்படுகிறது. இந்த மென்பொருளானது இறுதி கட்டமைப்பு எவ்வாறு மாறும் மற்றும் செயல்படும் என்பதைக் கணிக்க முடியும், எனவே இந்த முதல் படி ஒரு நல்ல முடிவுக்கு இன்றியமையாதது. இந்த CAD வடிவமைப்பு பின்னர் ஒரு தொழில்நுட்ப வடிவமாக மாற்றப்படுகிறது (ஒரு .stl கோப்பு அல்லது நிலையான டெஸ்ஸலேஷன் மொழி என அழைக்கப்படுகிறது) இது 3D பிரிண்டருக்கு வடிவமைப்பின் வழிமுறைகளை விளக்குவதற்குத் தேவைப்படுகிறது. அடுத்து, உண்மையான அச்சிடலுக்கு 3D பிரிண்டரை அமைக்க வேண்டும் (வழக்கமான, வீடு அல்லது அலுவலக 2D பிரிண்டரைப் போன்றது) - இதில் அளவு மற்றும் நோக்குநிலையை உள்ளமைத்தல், நிலப்பரப்பு அல்லது போர்ட்ரெய்ட் பிரிண்ட்களைத் தேர்ந்தெடுப்பது, அச்சுப்பொறி தோட்டாக்களை சரியான பொடியுடன் நிரப்புதல் ஆகியவை அடங்கும். . தி 3D அச்சுப்பொறி பின்னர் அச்சிடும் செயல்முறையைத் தொடங்குகிறது, படிப்படியாக ஒரு நேரத்தில் பொருளின் ஒரு நுண்ணிய அடுக்கு வடிவமைப்பை உருவாக்குகிறது. இந்த அடுக்கு பொதுவாக 0.1 மிமீ தடிமன் கொண்டது, இருப்பினும் அச்சிடப்பட்ட ஒரு குறிப்பிட்ட பொருளுக்கு ஏற்ப தனிப்பயனாக்கலாம். முழு செயல்முறையும் பெரும்பாலும் தானியங்கு மற்றும் உடல் தலையீடு தேவையில்லை, சரியான செயல்பாட்டை உறுதிப்படுத்த அவ்வப்போது சோதனைகள் மட்டுமே. வடிவமைப்பின் அளவு மற்றும் சிக்கலான தன்மையைப் பொறுத்து ஒரு குறிப்பிட்ட பொருள் முடிக்க பல மணிநேரங்கள் முதல் நாட்கள் வரை ஆகும். மேலும், இது ஒரு 'சேர்க்கை' முறை என்பதால், இது சிக்கனமானது, சுற்றுச்சூழலுக்கு உகந்தது (எந்தவித விரயமும் இல்லாமல்) மேலும் வடிவமைப்புகளுக்கு அதிக வாய்ப்பையும் வழங்குகிறது.

அடுத்த நிலை: 3D பயோபிரிண்டிங்

உயிர் அச்சிடுதல் பாரம்பரிய 3டி பிரிண்டிங்கின் விரிவாக்கம், சமீபத்திய முன்னேற்றங்களுடன் 3டி பிரிண்டிங்கை உயிரியல் வாழ்க்கைப் பொருட்களுக்குப் பயன்படுத்த முடியும். மேம்பட்ட மருத்துவ சாதனங்கள் மற்றும் கருவிகளை உருவாக்குவதற்கும் தயாரிப்பதற்கும் ஏற்கனவே 3D இன்க்ஜெட் பிரிண்டிங் பயன்படுத்தப்பட்டு வரும் நிலையில், உயிரியல் மூலக்கூறுகளை அச்சிடவும், பார்க்கவும், புரிந்துகொள்ளவும் இன்னும் ஒரு படி மேலே செல்ல வேண்டும். முக்கிய வேறுபாடு என்னவென்றால், இன்க்ஜெட் அச்சிடலைப் போலல்லாமல், உயிரணு அச்சிடுதல் என்பது உயிரணு-மை அடிப்படையிலானது, இது உயிரணுக் கட்டமைப்புகளைக் கொண்டுள்ளது. எனவே, பயோபிரிண்டிங்கில், ஒரு குறிப்பிட்ட டிஜிட்டல் மாதிரியை உள்ளீடு செய்யும் போது, ​​குறிப்பிட்ட உயிருள்ள திசு அச்சிடப்பட்டு, செல் அடுக்கு மூலம் அடுக்கு கட்டமைக்கப்படுகிறது. உயிருள்ள உடலின் மிகவும் சிக்கலான செல்லுலார் கூறுகள் காரணமாக, 3D பயோபிரிண்டிங் மெதுவாக முன்னேறி வருகிறது மற்றும் பொருட்கள், செல்கள், காரணிகள், திசுக்களின் தேர்வு போன்ற சிக்கல்கள் கூடுதல் செயல்முறை சவால்களை முன்வைக்கின்றன. உயிரியல், இயற்பியல் மற்றும் மருத்துவம் போன்ற துறைகளில் இருந்து தொழில்நுட்பங்களை ஒருங்கிணைப்பதன் மூலம் இந்த சிக்கல்களை விரிவுபடுத்துவதன் மூலம் தீர்க்க முடியும்.

பயோ பிரிண்டிங்கில் பெரும் முன்னேற்றம்

வெளியிடப்பட்ட ஒரு ஆய்வில் மேம்பட்ட செயல்பாட்டு பொருட்கள், இயற்கை திசுக்களில் (அவற்றின் சொந்த சூழல்) பொதுவாக காணப்படும் செல்கள் மற்றும் மூலக்கூறுகளைப் பயன்படுத்தி 'உண்மையான' உயிரியல் கட்டமைப்புகளை ஒத்த கட்டமைப்புகள் அல்லது வடிவமைப்புகளை உருவாக்க ஆராய்ச்சியாளர்கள் 3D பயோபிரிண்டிங் நுட்பத்தை உருவாக்கியுள்ளனர். இந்த குறிப்பிட்ட பயோபிரிண்டிங் நுட்பம் 'மூலக்கூறு சுய-அசெம்பிளி'யை '3D பிரிண்டிங்' உடன் இணைத்து சிக்கலான உயிரியக்கக் கட்டமைப்புகளை உருவாக்குகிறது. மூலக்கூறு சுய-அசெம்பிளி என்பது ஒரு குறிப்பிட்ட பணியைச் செய்ய மூலக்கூறுகள் தாங்களாகவே வரையறுக்கப்பட்ட ஏற்பாட்டைச் செய்யும் ஒரு செயல்முறையாகும். இந்த நுட்பம் 'மூலக்கூறு சுய-அசெம்பிளி' மூலம் இயக்கப்பட்ட 'மூலக்கூறு மற்றும் நானோ அளவிலான கட்டுப்பாட்டுடன்' '3D பிரிண்டிங்' வழங்கும் 'கட்டமைப்பு அம்சங்களின் மைக்ரோ மற்றும் மேக்ரோஸ்கோபிக் கட்டுப்பாட்டை' ஒருங்கிணைக்கிறது. இது அச்சிடப்படும் செல்களைத் தூண்டுவதற்கு மூலக்கூறு சுய-அசெம்பிளியின் ஆற்றலைப் பயன்படுத்துகிறது, இல்லையெனில் வழக்கமான '3D பிரிண்டிங் மை' இந்த வழியை வழங்காதபோது 3D அச்சிடலில் இது ஒரு வரம்பு.

ஆராய்ச்சியாளர்கள் 'உயிர் மையில்' கட்டமைப்புகளை 'உட்பொதித்தனர்' இது உடலுக்குள் உள்ள அவர்களின் சொந்த சூழலைப் போன்றது, கட்டமைப்புகள் உடலில் உள்ளதைப் போலவே செயல்படுகின்றன. சுய-அசெம்பிளிங் மை என்றும் அழைக்கப்படும் இந்த பயோ-மை, அச்சிடும்போதும் அதற்குப் பின்னரும் இரசாயன மற்றும் இயற்பியல் பண்புகளைக் கட்டுப்படுத்த அல்லது மாற்றியமைக்க உதவுகிறது, இது அதற்கேற்ப செல் நடத்தையைத் தூண்ட அனுமதிக்கிறது. பயன்படுத்தப்படும் போது தனிப்பட்ட வழிமுறை உயிர் அச்சிடுதல் இந்த செல்கள் அவற்றின் சூழலில் எவ்வாறு செயல்படுகின்றன என்பதைப் பற்றி அவதானிக்க அனுமதிக்கிறது, இதன் மூலம் உண்மையான உயிரியல் சூழ்நிலையைப் பற்றிய ஒரு ஸ்னாப்ஷாட்டையும் புரிந்துகொள்ளுதலையும் அளிக்கிறது. பல அளவுகளில் நன்கு வரையறுக்கப்பட்ட கட்டமைப்புகளில் ஒன்றுசேரும் திறன் கொண்ட பல வகையான உயிர் மூலக்கூறுகளை அச்சிடுவதன் மூலம் 3D உயிரியல் கட்டமைப்புகளை உருவாக்குவதற்கான சாத்தியத்தை இது எழுப்புகிறது.

எதிர்காலம் மிகவும் நம்பிக்கைக்குரியது!

பல்வேறு வகையான திசுக்களை உருவாக்க பயோபிரிண்டிங் ஆராய்ச்சி ஏற்கனவே பயன்படுத்தப்பட்டு வருகிறது, இதனால் திசு பொறியியல் மற்றும் மீளுருவாக்கம் செய்யும் மருத்துவம் திசுக்கள் மற்றும் உறுப்புகளின் தேவையை நிவர்த்தி செய்வதற்கு மிகவும் முக்கியமானது - தோல், எலும்பு, ஒட்டுக்கள், இதய திசு போன்றவை. மேலும், நுட்பம் திசு பொறியியலின் செழுமையை செயல்படுத்த சிக்கலான மற்றும் குறிப்பிட்ட செல் சூழல்கள் போன்ற உயிரியல் காட்சிகளை வடிவமைத்து உருவாக்குவதற்கான பரந்த சாத்தியக்கூறுகளைத் திறக்கிறது. உயிருள்ள திசு, எலும்பு, இரத்த நாளங்கள் மற்றும் சாத்தியமான மற்றும் முழு உறுப்புகளின் மாதிரிகள் மருத்துவ நடைமுறைகள், பயிற்சி, சோதனை, ஆராய்ச்சி மற்றும் மருந்து கண்டுபிடிப்பு முயற்சிகளுக்கு உருவாக்க முடியும். மிகவும் குறிப்பிட்ட தலைமுறை தனிப்பயனாக்கப்பட்ட நோயாளி-குறிப்பிட்ட கட்டமைப்புகள் துல்லியமான, இலக்கு மற்றும் தனிப்பயனாக்கப்பட்ட சிகிச்சைகளை வடிவமைக்க உதவும்.

பொதுவாக பயோபிரிண்டிங் மற்றும் 3டி இன்க்ஜெட் பிரிண்டிங்கிற்கான மிகப்பெரிய தடைகளில் ஒன்று, அச்சிடும் முதல் கட்டத்தில் சவாலை எதிர்கொள்ள ஒரு மேம்பட்ட, அதிநவீன மென்பொருளை உருவாக்குவது - பொருத்தமான வடிவமைப்பு அல்லது வரைபடத்தை உருவாக்குதல். உதாரணமாக, உயிரற்ற பொருட்களின் வரைபடத்தை எளிதாக உருவாக்க முடியும், ஆனால் கல்லீரல் அல்லது இதயம் போன்ற டிஜிட்டல் மாதிரிகளை உருவாக்கும் போது, ​​அது சவாலானது மற்றும் பெரும்பாலான பொருள்களைப் போல நேரடியானது அல்ல. பயோபிரிண்டிங்கில் நிச்சயமாக பல நன்மைகள் உள்ளன - துல்லியமான கட்டுப்பாடு, மீண்டும் மீண்டும் செய்யக்கூடிய தன்மை மற்றும் தனிப்பட்ட வடிவமைப்பு ஆனால் இன்னும் பல சவால்களால் பாதிக்கப்பட்டுள்ளது - மிக முக்கியமான ஒன்று, ஒரு இடஞ்சார்ந்த கட்டமைப்பில் பல செல் வகைகளைச் சேர்ப்பதாகும், ஏனெனில் ஒரு வாழ்க்கை சூழல் மாறும் மற்றும் நிலையானது அல்ல. இந்த ஆய்வு 3D பயோபிரிண்டிங்கின் முன்னேற்றத்திற்கு பங்களித்துள்ளது மற்றும் அவற்றின் கொள்கைகளைப் பின்பற்றுவதன் மூலம் நிறைய தடைகளை அகற்ற முடியும். பயோபிரிண்டிங்கின் உண்மையான வெற்றி பல அம்சங்களைக் கொண்டுள்ளது என்பது தெளிவாகிறது. பயோபிரிண்டிங்கை மேம்படுத்தக்கூடிய மிக முக்கியமான அம்சம், தொடர்புடைய மற்றும் பொருத்தமான உயிரி மூலப்பொருட்களின் வளர்ச்சி, அச்சிடலின் தெளிவுத்திறனை மேம்படுத்துதல் மற்றும் இந்த தொழில்நுட்பத்தை வெற்றிகரமாக மருத்துவ ரீதியாகப் பயன்படுத்துவதற்கு வாஸ்குலரைசேஷன் ஆகும். பயோபிரிண்டிங் மூலம் மனித மாற்று அறுவை சிகிச்சைக்கு முழுமையாக செயல்படும் மற்றும் சாத்தியமான உறுப்புகளை உருவாக்குவது சாத்தியமற்றதாகத் தெரிகிறது, இருப்பினும் இந்தத் துறை வேகமாக முன்னேறி வருகிறது, மேலும் சில ஆண்டுகளில் இப்போது பல முன்னேற்றங்கள் முன்னணியில் உள்ளன. ஆராய்ச்சியாளர்கள் மற்றும் பயோமெடிக்கல் பொறியாளர்கள் ஏற்கனவே வெற்றிகரமான சிக்கலான பயோபிரிண்டிங்கிற்கான பாதையில் இருப்பதால், பயோபிரிண்டிங்குடன் இணைக்கப்பட்டுள்ள பெரும்பாலான சவால்களை சமாளிப்பது அடையக்கூடியதாக இருக்க வேண்டும்.

பயோபிரிண்டிங்கில் சில சிக்கல்கள்

பயோபிரிண்டிங் துறையில் எழுப்பப்பட்ட ஒரு முக்கியமான புள்ளி என்னவென்றால், இந்த நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி நோயாளிகளுக்கு வழங்கப்படும் எந்தவொரு உயிரியல் 'தனிப்பயனாக்கப்பட்ட' சிகிச்சையின் செயல்திறன் மற்றும் பாதுகாப்பை இந்த கட்டத்தில் சோதிப்பது கிட்டத்தட்ட சாத்தியமற்றது. மேலும், இத்தகைய சிகிச்சைகளுடன் தொடர்புடைய செலவுகள் ஒரு பெரிய பிரச்சினையாகும், குறிப்பாக உற்பத்தியைப் பொருத்தவரை. மனித உறுப்புகளை மாற்றக்கூடிய செயல்பாட்டு உறுப்புகளை உருவாக்குவது மிகவும் சாத்தியம் என்றாலும், நோயாளியின் உடல் புதிய திசுக்களை ஏற்றுக்கொள்கிறதா அல்லது உருவாக்கப்பட்ட செயற்கை உறுப்பை ஏற்றுக்கொள்கிறதா, அத்தகைய மாற்று அறுவை சிகிச்சைகள் வெற்றிபெறுமா என்பதை மதிப்பிடுவதற்கான முட்டாள்தனமான வழி எதுவும் இல்லை. அனைத்து.

பயோபிரிண்டிங் ஒரு வளர்ந்து வரும் சந்தை மற்றும் திசுக்கள் மற்றும் உறுப்புகளின் வளர்ச்சியில் கவனம் செலுத்துகிறது மற்றும் சில தசாப்தங்களில் 3D அச்சிடப்பட்ட மனித உறுப்புகள் மற்றும் மாற்று அறுவை சிகிச்சைகளில் புதிய விளைவுகளைக் காணலாம். 3D உயிர் அச்சிடுதல் நம் வாழ்நாளின் மிக முக்கியமான மற்றும் பொருத்தமான மருத்துவ வளர்ச்சியாக தொடரும்.

***

{மேற்கோள் காட்டப்பட்ட ஆதாரங்களின் பட்டியலில் கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ள DOI இணைப்பைக் கிளிக் செய்வதன் மூலம் அசல் ஆய்வுக் கட்டுரையைப் படிக்கலாம்}

ஆதாரம் (ங்கள்)

Hedegaard CL 2018. பெப்டைட்-புரத பயோஇங்க்களின் ஹைட்ரோடைனமிகல் வழிகாட்டி படிநிலை சுய-அசெம்பிளி. மேம்பட்ட செயல்பாட்டு பொருட்கள். https://doi.org/10.1002/adfm.201703716