Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Прототипування з живими клітинами

Це друга частина нашої серії про стан біологічного злому. Ви можете прочитати перший внесок “Сафарі в суспільстві з біотехніки” і спостерігати за новими статтями в майбутньому.

Bioprint - це новий принт

Найбільшим мостом між світом виробників і світом біохакерів є, мабуть, «могутній» 3D принтер. Що робити, якщо замість використання пластмаси ми можемо використовувати будь-який біоматеріал для побудови тривимірних структур? А що, якщо ми можемо використати спеціальну фарбу, назвемо її «біоінк», зроблену з живих клітин для друку повідомлень або зразків?

Коли BioCurious почав Bioprinting

Наш 2014 safari спонсорований Paris Biohackerspace ведуть нас до BioCurious: обов'язкова зупинка серед biohacker спільнот у північній Америці. Цей новаторський біохакерпростор приймає велику кількість людей, які співпрацюють над проектом DIY bioprinter. Їх біопринцип пригоди почалися в 2012 році, коли вони провели перші зустрічі. Patrik D'haeseleer, який зараз керує проектом з Марією Чавес, дав нам деякі деталі та оновлення щодо їхньої історії.

У той час вони шукали спільні проекти, які могли б привести нових людей і дозволити їм одразу співпрацювати над проектом. Жоден з них не мав пристрасті до конкретної заявки на біопринт, а також не мав попередніх знань про те, як побудувати такий принтер. Тим не менш, вона виявилася досить доступною технологією, з якою люди могли б грати. Вам навіть не потрібно мати власну лабораторію для початку. Це проект, що має для кожного щось, будь то 3D-друк, струменевий друк, 3D-дизайн, електроніка, Arduino, або культура клітин - назвіть це! Кожен має чомусь навчитися або щось навчити.

Друк за допомогою проб і помилок

(Або важливість публікації того, що пішло не так з вашими експериментами.)

«Ви можете просто взяти комерційний струменевий принтер. Візьміть картриджі для струменевих принтерів і по суті відрізайте їх. Очистіть чорнило і поставте інше. Тепер ви можете розпочати друк з цього, - пояснив Патрік.

Так вони почали в BioCurious. Вони надруковані арабінозою як чорнило, яке є натуральним рослинним цукром, на великих фільтрах кави як папір. Потім вони поклали фільтрувальний папір на культуру бактерій, що називається E.Coli, у чашці Петрі. Ці бактерії зазвичай використовуються в біолабораторіях, але в цей час вони були генетично модифіковані, щоб зробити їх зеленим флуоресцентним білком у присутності арабінози. Наприкінці клітини почали світитися саме там, де була надрукована арабіноза.

Техніка була реально здійсненною, навіть якщо не ідеальною. Але це не так, як команда отримує цю захоплюючу картину, видиму під УФ-світлом: «Я - БІОКУРИЙ».

Використання комерційного принтера занадто обмежує. «Можливо, вам знадобиться зворотне проектування драйвера принтера або розбирання обладнання для обробки паперу, щоб мати можливість робити те, що ви хочете», пояснює Патрік. Тому група в BioCurious вирішила побудувати свій власний біопринтер з нуля. Ця друга версія є той, який ви можете знайти на Instructables.

Завдяки колективу Hackteria та GaudiLabs, наші біохокери мали ідею використовувати крокові двигуни з компакт-дисків для побудови 2D-платформи. Додайте струменевий картридж у якості друкувальної голівки та з'єднайте його з сумісним відкритим вихідним кодом Arduino, і у вас є свій власний біопринтер для $ 150!

Наступний і все ще актуальний виклик стосується узгодженості чорнила. Друкарські картриджі для струменевих принтерів працюють, по суті, з чорнилом, який досить водянистий. Але біоінток передбачає більш гелеподібний матеріал з високою в'язкістю. Група DIY BioPrinter експериментувала з різними конструкціями насосів шприців, які могли б дозволити їм ввести невелику кількість в'язкої рідини через друкувальну голівку.

І тепер приходить 3D

Починаючи з вже існуючої 3D-платформи, здавалося, що це найкращий спосіб вийти за рамки 2D-шаблонів. Група DIY намагалася перетворити свій існуючий 3D-принтер на біопрінтер, поклавши на неї головку біопринт. Незабаром вони були зупинені тим фактом, що робота на комерційній машині вимагала б важкого зворотного проектування та модифікації програмного забезпечення для вдосконалення процесу… Через пару місяців це призвело до тупика.

RepRap є головною родиною 3D-принтерів з відкритим вихідним кодом. Після придбання найдоступнішого і доступного принтера з відкритим вихідним кодом в якості комплекту, вони просто повинні були вимкнути пластикову екструзійну друкувальну головку для голки або набору голок. Ця біопринт головка з'єднана з гнучкими трубами до шприцевих насосів, які можуть залишатися нерухомими.

«Спільнота RepRap - це те, що зробило можливу революцію в 3D-друку», - сказав Патрік.

Невдовзі з'явилася спільнота навколо 3D-біопринтера, що розмовляє вдома і в біохарактерних просторах, таких як BioCurious, BUGSS і Hackteria.

Робота з життям

Святий Грааль біодруку друкує 3D органи для трансплантації (ми повернемося до цього в наступній частині). Робота з клітинами людини або ссавців є складною. Ви повинні мати когось у лабораторії щодня, доглядаючи за клітинами і зберігаючи все як можна більш стерильним. Таким чином, поточний довгостроковий проект групи, по суті, є доказом того, що вони можуть зробити функціональний орган рослини і отримати його до фотосинтезу. Це буде штучний лист!

На клітинах рослин не так багато роботи. Таким чином, виникає багато відкритих наукових питань. Вам потрібно з'ясувати, які типи кліток ви будете використовувати, як їх з'єднати разом, як виглядає 3D-структура листа і т.д. За даними Патріка, 3D-друк з рослинними клітинами набагато краще підходить для лабораторії спільноти, ніж клітини маммілій .

Незалежно від того, чи працює вона, чи ні, інтерес полягає в тому, щоб перевірити речі і подивитися, як вони ростуть. Комерційне застосування не є єдиною метою для біохокерів, хоча деякі вчені трохи переповнені потенціалом своїх досліджень.

«Ми не дуже орієнтовані на цілі, так як ми хочемо зробити стартап з біодруку і продати продукт, заробити мільйони доларів ... Немає занадто багато рослин, які потребують трансплантації листя! Ми беремо участь у цьому проекті, тому що це цікаво. Ми робимо певний прогрес тиждень за тижнем », - коментує Патрік.

3D Bioprinting з рослинними клітинами підвищують проблеми

Перший крок полягає в тому, щоб з'ясувати матеріал, в якому клітини будуть повторно суспендовані. Матричний матеріал може утримувати клітини на місці, поки вони не зростуть і не з'єднаються. Деякі поточні експерименти в BioCurious використовують гелеподібний матеріал, який називається альгінатом, який має дуже цікаві властивості. Альгінат натрію розчинний у воді, але в'язкий, в той час як альгінат кальцію миттєво застигає. Це нагадує мені техніку сферифікації, яку ви бачите в харчовій науці, де тверда крапля всередині повна рідини.

В даний час тестується кілька конструкцій шприцевих насосів, але всі вони тестуються з тим же порівнянням: один шприцевий насос, що містить клітини в альгінатному розчині, а другий з хлоритом кальцію. Коли ці два матеріали контактують, структура застигає. Потім ви дійсно друкуєте тверде тіло з вбудованими клітинами. Триває оптимізація.

Другою проблемою є необхідний тип клітин. «Чи повинні ми спершу диференціювати всі клітини і роздрукувати клітини, де ми думаємо, що вони повинні йти? Чи слід одночасно роздруковувати недиференційовані клітини і фактори росту, щоб дозволити їм диференціюватися і переставляти на місці? »Патрік все ще залишається відкритим. Група DIY експериментувала з різноманітними типами клітин і не рекомендувала використовувати клітини моркви, як це зазвичай роблять люди. Ці стовбурові клітини є недиференційованими, що означає, що вони можуть привести до різних типів клітин у хороших умовах, але вони часто забруднені.

Тепер зверніть увагу на наступний рецепт: “Візьміть лист. Розбийте його, щоб отримати одиничні клітини. Ресуспендують їх в альгінат. Друкуйте з цим розчином, а також з середовищем, яку потребують клітини рослини, і все це видавлюється у ванну з хлоритом кальцію. Протягом перших тижнів клітини почали відбілювати. Але зрештою, зелений повертається. Пояснення могло б бути тимчасовим дедиференціацією клітин спочатку, а потім поверненням до стану клітини листя. ”Клітини листків з рослин тютюну, дуже міцна і короткочасна лабораторна модель покоління, здаються перспективними!

3D друк за межами BioCurious: інші захоплюючі ідеї

BUGSS - Балтімор

Baltimore Underground Science Space наразі створює платформу для виклику 3DP.BIO, яка спрямована на підключення вчених, інженерів і дизайнерів для прискорення досліджень і розробок. Вони орієнтовані на принтери, що розробляють смоли, розробку програмного забезпечення для управління і біосумісну смолу, яка може бути використана для створення 3D-лісів для росту клітин.

Посередницька справа MIT Medialab

MIT Medialab також займається біоматеріалами та технологіями друку. Ось Маркус Кайзер у лабораторії «Mediated Matter», яка займається звичними морськими тваринами, збиваючи сухі крабові оболонки і змішуючи їх, створюючи структури, виготовлені з біоматеріалів.

Крім того, в його лабораторії, люди можуть 3D структури друку, використовуючи шовкові черв'яки.

Ось інтерв'ю, режисер Нері Оксман, з Сандандою Шармою, членом лабораторії «Медіатована матерія», яка пояснює деякі свої проекти та перспективи навколо хітину як біоматеріал.

JUICY PRINT в лондонському Biohackspace Ось приклад, де ви все ще друкуєте з деякими біоматеріалами, за винятком того, що цей матеріал був генетично модифікований так: «JuicyPrint - це як 3D-принтер, який можна годувати фруктовим соком і можна використовувати для друку Бактерія Gluconacetobacter hansenii, яка використовує фруктовий сік як джерело їжі, генетично модифікована для того, щоб зробити їх нездатними виробляти целюлозу під світловою стимуляцією. Тому тільки бактерії в темних плямах будуть виробляти целюлозу. Потім структурою кінцевого продукту можна маніпулювати, просвічуючи культуру новим світлом.

Інший спосіб вирощування тканин або органів полягає у використанні вже існуючої 3D структури як ешафот для клітин.

зображення надано Pelling Labs

Лабораторія Пеллінг: Виготовлення вух з яблук Ось протокол від Андрія Пеллінга, в якому «ви нарізаєте яблуко, мийте його милом і водою, а потім стерилізуйте. Залишається тонка сітка з целюлози, в яку можна вводити людські клітини - і вони ростуть ».

Лабораторії боротьби з культурою

Навіщо 3D-друк, коли можна використовувати вже формовані форми? Подивіться на цей дивовижний приклад нижче свинячого серця в лабораторії Counter Culture Labs, біогазовому просторі в Окленді.

Тут вони видаляють всі клітини з донорського органу, який був свинячим серцем, залишаючи тільки сполучну тканину, щоб зробити її примарним органом. Тоді ідея полягала б в тому, щоб поповнити її чужими клітинами.

Давайте тепер переходимо до наступного внеску з більш розробленим матеріалом і архітектурою.

Інший спосіб подумати про 3D Bioprinting і біоматеріалах - це дозволити природі самостійно рости… Чи можете ви здогадатися, яка картина нижче і де в світі базується ця лабораторія?

Поділитися

Залишити Коментар