...

De belofte van 3D Bioprinting: Baanbrekende niet-synthetische weefselgeneratie, openharttransplantaties en nog veel meer

3D Bioprinten

Inhoudsopgave

Dit artikel richt zich op de snel ontwikkelende innovatie die bekend staat als 3D bioprinting en hoe dit het probleem van het orgaantekort kan oplossen door weefsels en organen op aanvraag beschikbaar te maken. Ontdek alles wat u moet weten over de achtergrond van de technologie, de deeltjes-techniek die gebruikt wordt bij bioprinting, en de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van regeneratieve geneeskunde, geneesmiddelenonderzoek en -ontwikkeling en transplantatie. Ook worden de toekomstperspectieven onderzocht om de patiëntenzorg wereldwijd te transformeren.

Doorbraken in bioprinten: 3D-bioprinten van functionele weefsels en organen

3D bioprinten

3D bioprinten is een relatief nieuwe maar snel evoluerende technologie. Het wordt beschouwd als een belangrijk hulpmiddel voor regeneratieve geneeskunde, weefselmanipulatie en orgaantransplantatie. Met bioprinting, gebaseerd op additieve productietechnieken, kunnen functionele menselijke weefsels en organen worden gemaakt door laag voor laag cellen en bioactieve moleculen aan te brengen. Deze doorbraak biedt een essentiële oplossing voor het groeiende tekort aan organen.
In zijn meest geavanceerde staat, 3D bioprinten zou een revolutie teweeg kunnen brengen in de behandeling van patiënten door op maat gemaakte, on-demand vervangende organen te leveren. Dit artikel gaat in op de ontwikkeling van de technologie, methodologieën, recente vooruitgang en toekomstige onderzoeksrichtingen. Het belicht ook medisch toepassingen in de ontwikkeling van medicijnen, chirurgie en transplantatie.

Geschiedenis van bioprinten

3D bioprinten werd eind jaren 1980 uitgevonden. Het begin van bioprinten ging terug tot 1988 toen bewezen werd dat de inkjetprinter levende cellen kon aanbrengen. Dit legde de basis voor de ontwikkeling van verbeterde en complexere bioprintmodellen.

Eerste gedrukte orgel

De eerste mijlpaal werd in 1999 bereikt toen het team van Dr. Anthony Atala van de Wake Forest University erin slaagde om het eerste kunstmatige orgaan, een menselijke blaas, te implanteren via microextrusie bioprinting. Dit was nuttig om te bewijzen dat structuren zo gedetailleerd als menselijke weefsels en organen in lagen konden worden opgebouwd met behulp van cellen, biomaterialen en groeifactoren.

Recente vooruitgang in bioprintingtechnologie

In het volgende artikel worden de nieuwste ontwikkelingen in de bioprinttechnologie besproken. De afgelopen jaren hebben de bioprintingtechnologieën zich sterk ontwikkeld. Ze zijn nu in staat om weefsels op menselijke grootte, levensvatbare organen en modellen van ziekten te printen. Hier volgen enkele van de meest opwindende ontwikkelingen:

Harten en pancreasen afdrukken

In 2019 hebben wetenschappers een van de meest complexe organen geprint - een hart ter grootte van een konijn met bloedvaten. Los daarvan ontwikkelde een team de eerste volledig kunstmatige alvleesklier met behulp van meerdere celtypen. Dit zou kunnen helpen bij de behandeling van diabetes.

Aangepaste modellen

Bij bioprinting kan een wetenschapper gemoduleerde weefselmonsters afdrukken die vervolgens gebruikt kunnen worden voor het testen van medicijnen of het onderzoeken van ziekten. De ene groep probeerde de eigenlijke 3D-geprint tumoren om de ontwikkeling van kanker te volgen. Ze combineren ook bioprinted organen met microfabricagesystemen die bekend staan als organen op chips en die gebruikt worden om de progressie van ziekten in een menselijk lichaam voor te doen.

Nieuwe biomaterialen

Door nieuwe biomaterialen te onderzoeken, zijn de resoluties verbeterd. Eén onderzoek gebruikte een aangepaste hydrogel op basis van polyvinylalcohol om minilevers met meerdere celtypes te printen. Deze nieuwe "bioinks" zullen het mogelijk maken om complexe organen natuurgetrouwer te printen.

Samengevat heeft de 3D bioprintingtechnologie de afgelopen jaren snelle vooruitgang geboekt. Het printen van functionele weefsels en ziektemodellen op menselijke grootte brengt de belofte van regeneratieve geneeskunde dichterbij. Verdere ontwikkelingen zullen de gezondheidszorg helpen transformeren.

Het aanhoudende wereldwijde tekort aan donororganen

Hoewel dit het geval is, is de vraag naar orgaantransplantaties wereldwijd veel groter dan het aanbod van donororganen. Momenteel staan er in de Verenigde Staten meer dan 100.000 mensen op wachtlijsten voor organen zoals nieren, levers of harten; maar stamcellen zouden deze kans kunnen wegnemen. Elke dag overlijden 20 patiënten door gebrek aan personeel in entiteiten met een schrijnende schaarste.

Toenemende kloof tussen vraag en aanbod

In de afgelopen decennia is deze kloof drastisch gegroeid, terwijl het potentieel voor orgaantransplantaties enorm is toegenomen. De behoefte aan transplantaten is de afgelopen 20 jaar elk jaar met 7% gestegen. Dus ondanks krachtige bewustmakingscampagnes over de mobilisatie van overleden donoren, is de bron van organen bij overledenen bijna gelijk gebleven. Toch werden er in 2021 slechts 147 duizend transplantaties uitgevoerd om aan de enorme klinische vraag te voldoen.

Biografische organen: Een mogelijke oplossing

Biografische organen

Wetenschappers die het voortdurende probleem van de schaarste aan lichaamsorganen begrijpen, vertrouwen erop dat 3D bioprinting technologie als oplossing voor de crisis kan dienen door kunstmatige lichaamsorganen op bestelling te prorogeren. Als bioprinting ontwikkeld wordt voor menselijke implantaties, zal het een noodzaak zijn om het gebruik van de donor- en wachtlijst te vermijden.

Gepersonaliseerde transplantaties verminderen afstoting

Gepersonaliseerde transplantaties verminderen ook het aantal gevallen van afstoting Hieronder volgt een overzicht van de methoden die in het onderzoek zijn gebruikt:. Aangezien er vervangende organen van de eigen cellen van de patiënt worden geprint, zou het aantal afstotingen van transplantaten kunnen afnemen. Dit is een zeer belangrijk voordeel ten opzichte van de conventionele orgaantransplantaties waarbij de patiënt levenslang immuunsuppressie moet ondergaan. Van op maat gemaakte organen kan ook worden verwacht dat ze langer in het lichaam blijven.

Eerste succesvolle implantaat bij mensen

De eerste keer dat een orgaan met bioprint werd gebruikt voor transplantatie was in 1999, toen Dr. Anthony Atala operatief een blaassteiger plaatste die was gemaakt met cellen uit het lichaam van de patiënt. Hoewel de exacte vooruitgang nog steeds wordt afgewacht, verwachten wetenschappers dat weefselafdrukken van levers, harten, nieren en andere organen in ieder geval in de komende tien jaar veilig in het menselijk lichaam kunnen worden uitgeprobeerd.

Vermijdbare sterfgevallen verlichten

3D-geprinte organen zouden, als ze effectief blijken te zijn, een oplossing kunnen zijn voor de meer dan 20 sterfgevallen die dagelijks alleen al in de V.S. voorkomen als gevolg van orgaanfalen. On-demand productie van biologische onderdelen kan ervoor zorgen dat bioprinting duizenden mensen kan redden die sterven terwijl ze op een transplantatie wachten, maar niet de organen krijgen die ze nodig hebben.

Samengevat onderstreept het aanhoudende tekort aan organen de dringende behoefte aan regeneratieve oplossingen. Bioprintingtechnologieën zijn veelbelovend om transplantatie te transformeren door de afhankelijkheid van donoren te doorbreken.

Gespecialiseerde biomaterialen voor complexe 3D-bioprinten

Het gebruik van weefsels en organen via 3D-bio-printing wordt sterk bevorderd door het gebruik van optimale biomaterialen, ook wel bio-inkt genoemd. Dergelijke gemanipuleerde hydrogels moeten het overleven van cellen tijdens het proces mogelijk maken, samen met laag voor laag afzetting tijdens het drukproces.

Categorieën van biopolymeren

Enkele bekende natuurlijke polymeren zijn alginaat, een polymeer uit zeewier; gelatine uit collageen; hyaluronzuur en collageen zelf. Van deze laatste worden polyethyleenglycol (PEG), polylactic-co-glycolzuur (PLGA) of biologisch afbreekbare polyurethanen (PU's) vaak gebruikt. Samengestelde polymeren hebben voordelige eigenschappen van zowel biologische als synthetische polymeren.

Parteck Hulpstoffen voor betrouwbaar bioprinten

De toonaangevende hulpstoffenproducent Parteck biedt een reeks biocompatibele, GMP-conforme additieven voor bio-inkten. Hun polyvinylalcoholen (PVOH's) zoals MXP vertonen hittestabiliteit waardoor printen op basis van smelten mogelijk is. Sorbitol- en mannitolkwaliteiten verbeteren de oplosbaarheid bij kamertemperatuur. Meglumine helpt bij problemen met tegenionen, pH-waarden en oplosbaarheid.

Aanpasbare formules

Met het portfolio van Parteck kunnen ingenieurs bioinks en 3D-kweekmatrices op maat maken. Producten zoals poloxameren zorgen voor stabiliteit onder printercondities. Calciumcarbonaat heeft bewezen effectief te zijn voor het controleren van de porositeit van de steiger na afzetting. Hun hulpstoffen ondersteunen zo betrouwbare meerstaps additieve productieworkflows.

Functionele hulpstoffen vergemakkelijken combinatieproducten

Functionele hulpstoffen vergemakkelijken

Met het oog op 3D-geprinte geneesmiddel-apparaatcombinaties spelen functionele hulpstoffen een belangrijke rol. De povidon-kwaliteiten van Parteck vergemakkelijken het laden van geneesmiddelen en de afgifteprofielen. Naarmate additive manufacturing zich verder ontwikkelt voor de productie van therapeutica, zullen de GMP-conforme producten en formuleringsexpertise van Parteck ontwikkelaars blijven helpen bij het veilig printen van levende weefsels, organen en combinatieproducten.

Samengevat zijn gespecialiseerde biomaterialen en hulpstoffen essentieel om het 3D bioprinten te bevorderen. Bedrijven die op maat gemaakte hulpstoffen van hoge kwaliteit leveren, helpen bioinks te optimaliseren en de afdrukgetrouwheid voor complexe levende constructies te maximaliseren.

Gepersonaliseerde geneeskunde met gedrukte organen

Een veelbelovende toepassing is op maat gemaakte bioprinted organen die precies zijn afgestemd op de anatomie en de eigen rijpe cellen van patiënten. Deze gepersonaliseerde benadering zou een revolutie teweeg kunnen brengen in transplantaties door het vermijden van immunosuppressiemedicijnen door het risico op afstoting te elimineren. Het pakt ook afwijkingen beter aan dan donoren die op maat gemaakt zijn.

Chirurgische training en hulp bij planning

Medische professionals hebben gebruik gemaakt van bioprinted weefselmodellen voor educatieve en prechirurgische doeleinden. Complexe anatomische structuren stellen leerlingen in opleiding in staat om procedures te oefenen via realistische simulaties. Chirurgen kunnen plannen valideren door te oefenen op geprinte orgaanreplica's voordat ze patiënten opereren. Dit verbetert de resultaten.

Sneller geneesmiddelen ontdekken door middel van screening met hogere doorvoer

Bioprinted menselijke weefsels maken kosteneffectievere en snellere methoden mogelijk voor het evalueren van de veiligheid en werkzaamheid van geneesmiddelen in vergelijking met traditionele dierproeven. Onderzoekers kunnen meerdere orgaan- en ziektespecifieke modellen printen om tegelijkertijd duizenden verbindingen te screenen.

Voor mensen relevante resultaten van orgaanchips

Door integratie bedrukte tissues op microfluïdische chips kunnen complexe interacties tussen meerdere organen die het metabolisme van geneesmiddelen beïnvloeden, worden gerepliceerd. Deze "body-on-a-chip" benadering genereert gegevens die relevant zijn voor de mens om toxische en gunstige effecten eerder in het ontwikkelingsproces te identificeren.

De afhankelijkheid van diermodellen verminderen

Naarmate de biografisch geprinte constructies steeds beter in staat zijn om de volledige functionaliteit van organen na te bootsen, kunnen ze het gebruik van levende dieren in bepaalde onderzoeken beperken. Onderzoekers vertrouwen momenteel op 3D-geprinte huid- en longmodellen voor het bestuderen van ziektemodellen, gepersonaliseerde geneeskunde en toxicologie. Verdere ontwikkelingen zullen naar verwachting de vraag naar proefdieren doen afnemen.

Samengevat biedt 3D-bioprinting weefselmanipulatie en regeneratieve oplossingen voor een breed scala van medische toepassingen. Het potentieel ervan om gepersonaliseerde zorg mogelijk te maken, onderwijs te verbeteren en onderzoek te versnellen, rechtvaardigt verdere ontwikkeling.

De belofte van orgelfabricage op aanvraag waarmaken

Hoewel er aanzienlijke vooruitgang is geboekt, moeten er nog verschillende technische uitdagingen overwonnen worden voor het wijdverspreide klinische gebruik van bioprinted organen. Met voortdurende inspanningen werken wetenschappers aan het realiseren van de volledige belofte van dit transformatieve veld.

Afdrukgetrouwheid en rijping verbeteren

Toekomstig onderzoek is gericht op het verhogen van de resolutie en het stapelen van meerdere celtypen in complexe 3D-architecturen die inheemse organen nabootsen. De ontwikkeling van biomaterialen en "incubatiesystemen" voor organen kunnen de volledige weefselontwikkeling en -rijping in vitro vergemakkelijken.

Valideren van functionaliteit in preklinische proeven

Naarmate geprinte constructies fysiologisch relevanter worden, zullen langetermijnstudies op dieren de enting, vascularisatie, medicijnreacties en algemene orgaanfunctie evalueren. Succesvolle preklinische proeven zouden de weg vrijmaken voor de eerste implantaten bij mensen.

Bioprinting op maat maken voor individuele organen

Verschillende bioprintprocessen kunnen de unieke celsamenstelling en geometrie van elk orgaan optimaliseren. De complexe microstructuur van de nieren zorgt voor andere uitdagingen dan de gestreepte spieren van het hart, waardoor weefselspecifieke oplossingen nodig zijn.

Standaardisatie voor productie en regelgeving

Het overeenkomen van standaarden voor reproduceerbare, schaalbare bioprinting en het valideren van de veiligheid/doeltreffendheid zal het vertrouwen van de regelgevende instanties voor een wijdverspreide klinische vertaling versterken. Internationale samenwerking kan dit proces versnellen.

Met voortdurende vooruitgang zouden gepersonaliseerde 3D-geprinte organen de transplantatie wereldwijd kunnen transformeren door de tekorten in de komende decennia op te lossen. De toepassing ervan belooft de patiëntenzorg te verbeteren.

Standaardisatie voor productie en regelgeving

Conclusie

3D bioprinting heeft zich sterk ontwikkeld en biedt een veelbelovende oplossing voor het wereldwijde tekort aan organen. Hoewel uitdagingen zoals vascularisatie en weefselrijping blijven bestaan, zorgt de technologische vooruitgang op het gebied van scaffold engineering, stamcellen en biosinks voor vooruitgang. Binnen de komende 10-15 jaar zouden gepersonaliseerde bioprinted organen de transplantatie en regeneratieve geneeskunde kunnen transformeren en een overvloed aan levensreddende weefsels en organen kunnen bieden.

FAQs

V: Hoe werkt 3D bioprinten?

Voor 3D-printen moet een bioink worden aangebracht, terwijl bioink levende cellen, groeifactoren en verschillende biomaterialen bevat. Verschillende methoden, waaronder inkjet, laserondersteund bioprinten en extrusiesystemen, plaatsen bioink in de juiste positie om 3D-assemblage van levend weefsel te ontwikkelen.

V: Welke soorten weefsels kunnen worden geprint?

Weefselengineering is toegepast op vele soorten weefsels zoals huid, botten, bloedvaten, hartweefsel en eenvoudige organen zoals nieren en levers. Er wordt onderzoek gedaan naar uitgebreidere vormen zoals de universeel vitaal functionerende hartklep en binnenkort misschien wel hele functionele organen in de juiste context.

V: Wanneer zullen 3D-geprinte organen beschikbaar zijn voor transplantaties?

Er worden nu een aantal weefsels getest in klinische onderzoeken, hoewel er een aantal basisweefsels zijn... Complexere miniatuurorganen zijn nog 5-10 jaar verwijderd. Volledig ontwikkelde transplanteerbare organen met vasculaire systemen kunnen over 10-15 jaar beschikbaar zijn, afhankelijk van goedkeuring door de regelgevende instanties en klinische validatie in dierproeven en vroege onderzoeken bij mensen. Standaardisatie-inspanningen zullen van invloed zijn op de vertaaltermijnen.

Deel dit bericht

Klaar om uw project te verbeteren?

Breng uw ontwerpen tot leven met MXY Machining

Ervaar precisietechniek met MXY Machining. Van gedetailleerde prototypes tot massaproductie, wij zijn er om uw concepten werkelijkheid te laten worden. Neem vandaag nog contact met ons op om de behoeften van uw project te bespreken!

Verwante artikelen en inzichten

Vergroot uw kennis en blijf op de hoogte met onze uitgebreide verzameling artikelen en berichten. Elk artikel is zorgvuldig samengesteld om aan te sluiten bij uw specifieke interesses en biedt inzichten en updates die aansluiten bij de behoeften van uw branche.

nl_NL_formalNederlands (Formeel)
Vul dit gedetailleerde formulier in