Реферат на тему Биопринтеры, описание работы свойств принтера, какие бывают

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ПОНЯТИЕ И ИСТОРИЯ БИОПРИНТЕРОВ 4
2. ВИДЫ, ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ И СВОЙСТВ БИОПРИНТЕРОВ 8
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 12
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 13

Введение:

В современном мире средняя продолжительность жизни человека составляет около 60 лет. Основной проблемой увеличения продолжительности жизни человека принято считать то, что человеческие органы изнашиваются, устаревают, подвергаются всевозможным заболеваниям. Данную проблему можно решить, если заменить неработающие органы на новые. Поэтому ученые возлагают большие надежды на 3D-печать человеческих органов и тканей: это как обычная 3D-печать, только вместо пластмассовых «чернил» из принтера появляются живые клетки. Они слой за слоем выстраиваются в нужный орган.
Биопечать представляет собой сравнительно новое направление в развитие медицины, которое возникло благодаря стремительному развитию аддитивных технологий.
На сегодняшний день ученые всего мира интенсивно трудятся над созданием многофункциональных принтеров, имеющих возможность печатать работоспособные органы, прежде всего сердце, почки и печень.
Необходимо отметить, что уже сейчас опытные образцы биопринтеров имеют возможность напечатать костные и хрящевые импланты, а также создать сложные биологические продукты питания, в состав которых входят жиры, белки, углеводы и витамины.
За последние два десятилетия частные исследования в лабораторных условиях обратились в стремительно развивающуюся индустрию, которой подвластны печать ушных раковин, клапанов сердца, трубок сосудов, а также воссоздание костной ткани и кожи для последующей пересадки.
Целью данной работы является изучение биопринтеров.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
— рассмотреть понятие и историю биопринтеров;
— рассмотреть виды, характеристику работы и свойств биопринтеров.

Заключение:

Печать органов на 3D принтере или биопринтинг — перспективная технология выращивания здоровых и живых органов взамен поврежденных или отсутствующих. Кроме 3D-принтера, для биопринтинга нужна модель органа, клеточный материал пациента и среда, где орган сохранится до имплантации.
Напечатанные органы лучше протезов и трансплантированных частей тела. Их возможности идентичны родным, и они не отторгаются иммунной системой, если созданы из ДНК пациента. Биопринтинг сократит время на получение нужного органа и сохранит жизнь больным, которым нужна незамедлительная пересадка.
3D биопечать прошла путь от концепции до работающей и коммерчески успешной технологии. Пока основные клиенты биопринтинговых компаний — крупные фармацевтические корпорации. Они ускоряют тестирование лекарств, сразу испытывая их на распечатанных тканях человека.
Медицина далекого будущего минимизирует механическое вмешательство в организм. На ближайшие годы намечена полноценная печать человеческого органа на принтере, в частности почки. Затем распечатают бронхи, артерии и сердце. Но даже до клинических испытаний на людях около 10 лет, а массовая 3D печать органов человека и частей тела наступит ещё позже.
Кроме врачей, биопринтинг привлекателен для косметологов и пластических хирургов. Возможно, именно желание оставаться молодым и красивым, а не лечение редких и сложных болезней, сделает 3D печать органов человека массовой.
Исходя из всего вышесказанного, цели данной работы можно считать достигнутыми, а задачи выполненными.

Фрагмент текста работы:

1. ПОНЯТИЕ И ИСТОРИЯ БИОПРИНТЕРОВ

Первый принтер, который умеет печатать человеческие клетки, появился в 2001 году: его создал ученый Томас Боланд на базе самого обычного принтера, который печатал чернилами по бумаге. Тот первый принтер умел строить цепочки ДНК.
В частности, выяснилось, что параметры человеческих клеток аналогичны параметрам капли стандартных чернил и равняется примерно 10 микрон. Благодаря исследованиям стало понятно, что 90% клеток сохраняют жизнеспособность в процессе такой процедуры как биопечать.
Спустя два года Боланд запатентовал устройство, которое могло строить клеточные каркасы, — это был первый в мире биопринтер.
В целом технология биопечати довольно молода. О ней стало известно благодаря В.А. Миронову — в настоящее время научному руководителю отечественной лаборатории биотехнологических исследований и двум его коллегам из Государственного университета штата Вирджиния.
В 2003 году в одном из научных журналов США он напечатал статью, под наименованием «Органопринтинг». Уже спустя три года его технология была запатентована в Соединенных Штатах Америки компанией Organovo из штата Калифорния [4].
Первым успешным экспериментом по созданию органов благодаря 3D печати имел место в 2006 году. Группа биоинженеров из Wake Forest Institute for Regenerative Medicine разработала и напечатала для семерых подопытных пациентов мочевые пузыри.
Врачи применили стволовые клетки пациентов для формирования искусственного органа. Образцы донорской ткани в специальной герметичной камере с помощью экструдера нанесли поверх макета мочевого пузыря, нагретого до естественной температуры тела человека. Спустя полтора-два месяца в процессе стремительного роста и дальнейшего деления клетки воссоздали орган человека.
В 2007 году биопечать стала приобретать коммерческие очертания. Сперва специалистам удалось заполучить более $ 600 000 на развитие биопринтинга, но уже в 2011 году объемы инвестиций увеличились до $ 24,7 млн. в год.
На сегодняшнее время рынок контролируется полутора десятками производителей. Самыми популярными из них выступают следующие: Organovo (США), RegenHu (Швейцария), nScrypt (США), Regenovo (Китай), Cyfuse Biomedical (Япония).
В настоящее время органы по сложности их печати принято подразделять на следующие 4 группы:
Первая —плоские органы, в частности, как кожа, хрящи. Они имеют довольно простую структуру, следовательно, печать данных тканей специалисты освоили одной из первых.
Следующую по сложности группу представляют собой трубчатые органы, в частности, трахея, мочеточник, сосуды.
Третьей по сложности группой выступают полые нетрубчатые органы, в частности, мочевой пузырь, матка. Данная группа пока не напечатана, однако разработки продолжаются и по сей день.
Последней и наиболее значимой группой органов, которые специалисты пытаются воссоздать благодаря биопечати, выступают почка, печень, сердце, легкие и пр. Они состоят из множества типов клеток, имеют сложную структуру. Однако и здесь первые наработки уже имеют место [1].
Если предельно упростить, то процесс биопечати происходит так. Сперва на компьютере делается модель будущего органа. Затем нужно изготовить биочернила. Многие могут подумать, что для этого используют клетки. И да, и нет. Печатает биопринтер тканевыми сфероидами — шарообразными конгломератами, которые содержат тысячи клеток. По сути, это уже микроткань, которую выращивают в лабораторных условиях. При биопечати сперва выкладывается слой гидрогеля, на него — ряд сфероидов, потом опять гидрогель. И так в несколько слоев. Так получается органоид, а если проще — прототип органа.
В британском университете Суонси разработали принтеры «Альфа» и «Омега». «Альфа» печатает участки костей, и они уже используются в больницах. «Омега» печатает мягкие ткани: связки, мышцы, жир и кожу. Пока что они не пересаживались людям.
В Америке научились делать кровеносные сосуды: в качестве «чернил» выступают стволовые клетки. А в Институте регенеративной медицины в Уэйк-Форесте (тоже США) уже умеют печатать кожу прямо на теле. Например, в принтер, который занимает целую комнату, помещают свинью с порезом — и заращивают ранку новыми клетками.
Совсем недавно российская компания создала биопринтер, который печатает ткани сразу с сосудистыми руслами. Предполагается, что такие сложные материалы проще создавать в невесомости (конструкции не «проседают» под своим весом и получаются прочнее), поэтому испытания будут проводиться на орбите совместно с «Роскосмосом». Начнут с щитовидной железы и хрящей.
Американские ученые Института регенеративной медицины Уэйк-Фореста (США) решили усовершенствовать используемые сегодня медициной методики лечения ран. Специалистами этого научного учреждения был разработан современный портативный 3D-принтер, способный помогать таким пациентам гораздо более эффективно, чем простая накладка трансплантата. Созданное американцами устройство на первом этапе заполняется собственными клетками пациента. Далее 3D-принтер работает по стандартной технологии подобного оборудования. То есть устройство просто постепенно заполняет рану биоматериалом. Особенностью созданного американцами принтера является, помимо всего прочего, то, что на рану он наносит двойной слой кожной «заплатки» [3].
Использование подобной технологии лечения позволят в первую очередь минимизировать страдания самого пациента. Ведь никаких сложных манипуляций с его кожей в области раны в данном случае делать не приходится. Также применение 3D-принтера позволяет практически исключить риск отторжения тканей. Ведь биоматериал для лечения пациента при использовании такой технологии применяется родной. Перед началом лечения принтер самостоятельно сканирует рану, определяя ее глубину и другие параметры. Обработав полученные данные, устройство начинает заполнять поврежденное место клетками кожи. При этом «заплатку» принтер печатает по направлению от центра повреждения к его краям.
Забор клеток для такого устройства производится врачами путем обычной биопсии с минимальным травмированием пациента. Далее клетки смешиваются со специальным гидрогелем и загружаются в биопринтер. Полученные в результате «чернила» в последующем и используются для заполнения раны пациента.
Технология биопринтинга может быть использована не только для печати органа, но и для печати опухоли в нем. Это нужно, чтобы студенты медицинских вузов практиковались на реальных человеческих тканях. И чтобы практикующие хирурги могли «отрепетировать» сложную операцию.
Недавно фармацевты начали использовать напечатанные клетки, чтобы тестировать лекарства: создают нужный участок тела и смотрят, как он реагирует на препарат. Первые опыты проводились на искусственной печени. По статистике, токсическое поражение этого органа — самая частая причина, из-за которой лекарство не доходит до массового рынка.
В современном мире постоянно ведутся споры об этической стороне биопечати. Ее мало кто может себе позволить, и это увеличивает разрыв между бедными и богатыми. Печать всё еще опасна и недостаточно протестирована. Она идет против природы, ведь получается, что мы сами можем сделать себя лучше. Споры вокруг этих вопросов не утихают [2].