3 차원 (3D) 바이오 프린팅은 세포, 성장 인자 및 생체 적합 물질을 결합하여 자연 조직 특성을 최대한 모방 한 생의학 부분을 제조하는 3D 인쇄 및 3D 인쇄와 같은 기술을 활용합니다. 일반적으로 3D bioprinting은 layer-by-layer 방법을 사용하여 bioinks로 알려진 물질을 증착하여 나중에 의료 및 조직 공학 분야에서 사용되는 조직과 같은 구조를 만듭니다. Bioprinting은 광범위한 생체 적합 물질을 포함합니다.

현재 bioprinting은 마약과 약을 연구하는 데 도움이되는 조직과 기관을 인쇄하는 데 사용할 수 있습니다. 그러나, 신흥 혁신은 원하는 조직 또는 장기를 생산하기 위해 층별 3D 겔 층에 침착 된 세포 또는 세포 외 매트릭스의 바이오 프린팅 (bioprinting)으로부터 확장된다. 3D 인쇄의 인기에 대한 최근의 폭발은이 기술의 약속과 연구 및 재생 의학 분야에서의 탁월한 유용성을 입증합니다. 또한, 3D bioprinting은 스캐 폴드의 인쇄를 통합하기 시작했습니다. 이 발판은 관절과 인대를 재생하는 데 사용할 수 있습니다.

정의
3D 바이오 프린팅은 세포 기능과 생존력이 인쇄 된 구조물에 유지되는 3D 인쇄 기술을 사용하여 밀폐 된 공간에서 세포 구조를 만드는 과정입니다. 일반적으로 3D 바이오 프린팅은 생물 공학 (bioencres)이라고도하는 물질을 증착하여 의료 공학 및 조직 분야에서 사용되는 천연 생물학적 조직과 유사한 구조를 만들기 위해 레이어 단위 인쇄 방법을 사용합니다. 다양한 재료. 현재 생물 인쇄는 조직 및 기관, 특히 의약품 연구를 인쇄하는 데 사용될 수 있습니다. 이 기술과 관련된 최초의 특허는 2003 년 미국에서 출원되었으며 2006 년에 수여되었습니다.

바이오 프린팅은 의학, 공학, 컴퓨터 과학, 유전 공학 등 여러 분야의 인터페이스에 있습니다. 생물학적 조직은 유기 및 무기 세포 외 매트릭스와 세포에 의해 형성된 연질 조직으로 구성된 경조직으로 구성됩니다. 살아있는 세포 물질은 줄기 세포에서 인쇄됩니다. 이것은 연속적인 층을 형성하고 중첩에서 3 차원으로 생물학적 조직을 구성 할 생물학적 잉크 방울로 퇴적된다. 생물학적 잉크를 생산하기 위해서는 환자의 줄기 세포를 사용할 수 있습니다 (조직의 평방 밀리미터를 생성하는 데 수백만 달러가 소요됩니다). 줄기 세포는 실온에서 변형 될 수있는 특정 배지에 부유됩니다. 직물이 인쇄되는 지지대는 전통적인 프린터의 종이와 비교 될 수있는 콜라겐 (인체에서 가장 풍부한 단백질, 조직 응집을 담당하는)의 얇은 층입니다. bioprinter는 세포 및 생체 재료 외에도 생존 환경, 운동성 및 세포 분화를 촉진하기 위해 생화학 물질 (예 : 케모카인, 성장 인자, 부착 인자 또는 신호 전달 단백질)의 스펙트럼을 통합해야합니다.

3D 인쇄로 직물을 인쇄 할 때 여러 단계를 구분할 수 있습니다. 이 세 가지 순차적 기술 단계는 전처리, 처리 (인쇄) 및 후 처리입니다.
이 디자인은 원래 조직과 거의 동일하거나 모델의 컴퓨터 디자인으로 줄기 세포가 첫 번째 단계에서 표현 된 특성에 따라 레이어별로 인쇄되는 방식을 정의합니다. 이 단계는 수행 할 작업을 프린터 언어로 변환하는 특수 소프트웨어를 통해 프린터를 프로그래밍하는 세 번째 단계와 결합됩니다. 이 두 단계는 플라스틱 3D 프린터에서 개체를 디자인하기 위해 수행해야하는 단계와 비슷합니다.
사용 된 기술에 따라 다른 프린터에 의한 원단 자동 인쇄.

바이오 인쇄의 두 가지 핵심 매개 변수는 밀도와 해상도입니다. 세포의 밀도는 생물학적 잉크의 밀도입니다. 너무 낮 으면 최종 단계가 잘 수행되지 않고 패브릭이 실행되지 않습니다. 해상도는 셀이 프린터에 배치되는 정밀도입니다. 정밀도가 최적이 아니라면 세포의 미리 정의 된 구조가 존중되지 않고 조직이 올바른 모양을 가지지 않아 동시에 세포 발달의 최종 단계의 좋은 진행을 방해합니다.

마지막 단계는 인쇄 된 직물의 성숙입니다. 이것은 조립 된 세포가 진화하여 상호 작용하여 응집적이고 생존 가능한 조직을 형성하는 단계입니다. 생물 반응기 내에서 인쇄 후 과정 동안, 조직은 이식을위한 조직의 강도 및 기계적 완전성을 증가시키는 다단계 혈관 형성 및 신경 분포의 개발을 포함하여 신속한 성숙을 겪는다. incubatorthe 조직에 배치 일관된 조직을 형성하기 위해 개발. 이 단계는 인쇄 후 약 48 시간에 시작되며 직물의 크기에 따라 수 주간 지속될 수 있습니다. 성숙 단계에서는 인쇄 후 시간 차원이 중요하기 때문에 4D 인쇄에 관해 이야기 할 수 있습니다.

생물 반응기는 대류 영양소를 제공하고 미세 중력 환경을 조성하고 세포에서 용액의 순환을 촉진함으로써 조직 발달에 도움이되는 환경을 제공함으로써 작동합니다. 여러 유형의 조직에 적합한 생물 반응기가 다양합니다. 예를 들어 압축 생물 반응기는 연골 조직에 이상적입니다.

기술
인공 장기 제조용 3D 프린팅은 생물 공학 분야의 주요 연구 대상이되었습니다. 3D 인쇄 제조 기술이 점점 더 효율적으로됨에 따라 인공 기관 합성에 대한 적용 가능성이 더욱 분명 해지고 있습니다. 3D 프린팅의 주된 이점은 커스터마이징이 가능한 복잡한 구조의 대량 생산 능력과 고도의 해부학 적 정밀성을 얻을 수 있기 때문입니다. 3D 바이오 프린팅은 조성, 공간 분포 및 건축 정확도를 정밀하게 제어하여 세포 및 생체 적합 물질을 배치하는 전례없는 다용도 성을 제공하므로 인쇄 된 직물 및 장기의 최종 형태, 구조, 미세 구조 및 구조를 상세하게 또는 개인화하여 재구성 할 수 있습니다.

비 생물학적 3D 프린팅과 비교하여 3D 바이오 프린팅은 재료 선택, 세포 유형, 성장 및 차별화 요인, 세포 감도와 관련된 기술적 과제와 같은 추가 수준의 복잡성을 유발합니다. 생활 및 직물 건설.

3D 인쇄를 사용하는 인쇄 기관은 다양한 기술을 사용하여 수행 할 수 있습니다. 각각의 기술은 특정 유형의 장기 생산에 맞게 조정할 수 있습니다.

전통적인 조직 공학적 접근법은 세포를 매트릭스 발판, 즉 상호 연결된 기공 네트워크를 포함하는 견고한지지 구조에 심는 것이 었습니다. 이 구조는 합성 된 조직의 형태와 기계적 성질을 유지해야하며 세포 증식을위한 기질을 제공함으로써 세포 부착을 돕는다. 3D 프린팅 기술은 생존 세포의 동시 파종과 층에 생체 물질 구조의 생성을 허용하는 최근의 혁신 기술입니다.

세 가지 가장 인기있는 3D 바이오 인쇄 기술은 레이저 인쇄 기술, 마이크로 압출 기술 및 잉크젯 기술입니다. 이러한 기술 외에도 캠브리지의 한 연구팀은 파도가 세포의 크기의 정밀도를 가진 물방울의 방출을 일으키는 생체 공학을 진동시키는 어쿠스틱 프린터를 개발하고 있습니다. 오늘, 인터넷에서 TeVido BioDevices 사이트에 제시된 오피스 프린터 유형 HP에서 자신의 바이오 프린터를 만드는 방법에 대한 설명을 찾을 수 있습니다.

각 기술은 단단한 생물 조직 공학 및 기관 인쇄에 장단점이 있습니다. 인체의 단단한 조직에는 뼈, 치아 및 연골이 포함되며 일부 유형의 단세포와 상당량의 유기 및 무기 세포 외 매트릭스로 구성됩니다.

레이저 인쇄
이 최신 기술은 보르도에서 INSERM에서 10 년간의 연구가 필요했습니다. 이 기술은 레이저 원리로 작동합니다. 레이저는 거울을 통해 지시되고, 렌즈를 통과 한 후, 초점을 맞추고, 생물학적 잉크의 필름이 놓인 커버 슬립을 때린다. 레이저 / 카트리지 상호 작용 동안 5 마이크로 미터의 정확도로 작은 수의 셀을 포함하는 마이크로 방울을 지지체에 떨어 뜨립니다. 인쇄 속도가 빠릅니다. 실험은 심지어 생체 내 인상 (생체의 피부에 직접) 덕분에 생쥐에서 효과가 있다는 것을 보여주었습니다. 셀의 패턴은 초당 10,000 펄스의 레이저 스캐닝에 의해 얻어지며, 각 펄스는 미세한 물방울을 생성합니다. 이 기술은 마이크로 드롭 당 최대 50 개의 셀 (셀 단위)의 해상도를 가진 유일한 기술입니다. 이 정밀도는 피부 샘플과 같은 3 차원에서 복잡한 생물학적 조직을 재현하는 것을 가능하게합니다.

레이저 프린팅은 해상도와 밀도 (약 108 세포 / ml의 생물학적 잉크)를 여러 가지 장점으로 결합합니다. 레이저 바이오 프린팅의 장점 중 3 가지는 95 % 이상의 세포 생존력, 낭비 감소 및 기계적 스트레스가 없습니다. 이것은 펄스의 부족, 수 나노초로 인하여 세포의 온난화를 최소화하고 “스트레스”를 줄입니다. 그러나, 인쇄 된 직물의 생존력은 세포에 가해진 응력에 달려 있습니다. 세포가 가능한 최소한으로 분해되는 것이 중요합니다.

그러나 기계가 아직 잘 정리 된 방식으로 많은 셀을 쌓아 두지 않고 준비 시간이 길고 인쇄 비용도 많이 들기 때문에 몇 가지 요소가 개선되어야합니다.

잉크젯
이 기술은 특히 Tedivo Biodevices DIY 프린터에서 사용됩니다. 영국의 맨체스터 대학 (University of Manchester)에서 작동하는 것은이 기술입니다. 잉크젯 프린터는 액체 함유 세포 (바이오 잉크)의 미세한 액 적을 투사하는 인쇄 헤드와 함께 작동합니다. 액 적의 토출은 열 (열) 또는 압전 프로세스 (기계적 응력의 작용하에 잉크의 전기 분극화)에 의해 야기된다. 잉크는 20 °에서 액체이지만 온도는 36 °에서 젤입니다. 이 프로세스는 3D 플라스틱 프린터의 프로세스와 가장 유사한 프로세스입니다.

이 기술은 최소한의 준비 시간과 저렴한 비용으로 가장 저렴하고 사용하기 쉽습니다. 인쇄 시간이 짧고 셀의 실행 가능성이 85 % 이상이지만 해상도가 낮아 셀 개발이 불량합니다. 또한 밀도도 관리하기가 어렵고 너무 낮거나 매우 낮습니다 (약 106 셀 / ml, 레이저 프린터의 경우보다 100 배 이하). 이러한 단점은 복잡한 직물 인쇄에 적합하지 않은 순간에 인쇄 할 셀로 인해 패턴을 인쇄하는 역할을합니다.

마이크로 압출
마이크로 압출 (bioextrusion)은 미주리 대학 (University of Missouri) 및 2005 년 개발과 함께 개발 된 프린터 Novogen MMX를 사용하여 미국 기업인 Organovo가 산업화하기 시작한 유일한 방법입니다.

이 프린터는 두 개의 프린트 헤드와 함께 작동합니다. 하나는 젤과 다른 세포를 축적시킵니다. 세포를 마이크로 주사기에 넣고 바늘을 사용하여 침착시킨다. 층들은 교대로 증착되고, 하이드로 겔 층 (수분 혼합물)과 세포층이 뒤 따른다. 하이드로 겔 (hydrogel)은 스캐 폴딩 (scaffolding)과 유사한 세포층의 조립을 구조화하는 데 사용됩니다. 하이드로 겔은 숙성 단계에서 용해되어 세포가 융합되도록합니다. Bioextrusion은 고밀도를 얻을 수 있지만 평균 분해능 (5 마이크로 미터에서 수 밀리미터의 범위)을 가능하게합니다. 준비 시간은 다른 기술에 비해 평균이지만 인쇄 시간이 길어집니다 (매우 느림). 이 프린터 유형의 비용은 중간이며 세포의 생존력 (인쇄 후 및 성숙 단계에서 “생존”하는 능력)은 40 ~ 80 %이며 다른 기술과 비교할 때이 비율이 낮습니다. 개선.

하이브리드 기술
오늘날 이러한 기술은 가능성이 제한되어 있지만 일부 연구원은 “하이브리드 프린터”를 연구하고 있습니다. 이 기술은 시험 단계에 있지만 미국 연구원은 세포 인쇄와 생분해 성 고분자 (하나 이상의 원자 또는 원자 군의 반복을 특징으로하는 분자로 구성된 물질, 천연의 것, 인공 물질 일 수 있음)의 결합에 성공했다 또는 인공) 성형 연골.

Bioprinters
시장에 다른 bioprinter가 있습니다. BioBot 1의 가격은 10,000 달러에서 EnvisionTec의 3D-Bioplotter는 200,000 달러입니다. Aether 1 바이오 프린터는 2017 년부터 9,000 달러의 가격으로 판매 될 것으로 예상됩니다. 실제로 연구자들은 종종 자신의 실험용 바이오 프린터를 개발합니다.

방법
3D bioprinting은 일반적으로 pre-bioprinting, bioprinting, post-bioprinting의 세 단계를 거칩니다.

프리 바이오 프린팅
Pre-bioprinting은 프린터가 나중에 생성 할 모델을 만들고 사용되는 재료를 선택하는 과정입니다. 첫 번째 단계 중 하나는 장기의 생검을 얻는 것입니다. bioprinting에 사용되는 일반적인 기술로는 컴퓨터 단층 촬영 (CT)과 자기 공명 영상 (MRI)이 있습니다. 층별 접근 방식으로 인쇄하려면 이미지에 대해 단층 촬영 재구성이 수행됩니다. 이제 2D 이미지는 프린터로 전송되어 만들어집니다. 이미지가 생성되면 특정 셀이 분리되고 곱 해집니다. 이 세포는 산소와 다른 영양소를 제공하여 액 체를 유지하는 특수 액화 물질과 혼합됩니다. 일부 공정에서, 세포는 직경 500μm의 세포 스페 로이드에 캡슐화된다. 이 세포 응집체는 발판을 필요로하지 않으며, 압출과 같은 공정을 위해 관형 조직 융합에 배치하는데 필요하다.

Bioprinting
두 번째 단계에서는 bioinks로 알려진 세포, 매트릭스 및 영양분의 액체 혼합물은 프린터 카트리지에 배치하고 환자의 의료 스캔을 사용하여 입금합니다. bioprinted pre-tissue가 인큐베이터에 옮겨지면,이 세포 기반의 pre-tissue는 조직으로 성숙합니다.

생물학적 구조물을 제조하기위한 3D 바이오 프린팅은 전형적으로 조직과 같은 3 차원 구조물을 생성하기 위해 연속적인 층별 접근법을 사용하여 생체 적합성 지지체 상에 세포를 분배하는 것을 포함한다. 3D bioprinting으로 만든 간이나 신장과 같은 인공 기관은 작동하는 혈관, 소변 수집을위한 세관, 그리고 이러한 장기에 필요한 수십억 개의 세포 성장과 같이 신체에 영향을주는 중요한 요소가 결여되어있는 것으로 나타났습니다. 이러한 구성 요소가 없으면 신체 내부에 필수 영양소와 산소를 공급할 수 없습니다. 신체의 모든 조직이 자연적으로 다른 세포 유형으로 구성되어 있기 때문에 이러한 세포를 인쇄하기위한 많은 기술은 제조 과정에서 세포의 안정성과 생존 능력을 보장하는 능력이 다릅니다. 셀의 3D 바이오 프린팅에 사용되는 방법 중 일부는 사진 평판 술, 자성 bioprinting, stereolithography 및 직접 세포 압출입니다.

포스트 바이오 프린팅
바이오 프린팅 후 과정은 생물학적 물질로부터 안정된 구조를 만드는데 필요합니다. 이 프로세스가 잘 유지 관리되지 않으면 3D 인쇄물의 기계적 무결성과 기능이 위험합니다. 대상을 유지하기 위해서는 기계적 및 화학적 자극이 필요합니다. 이러한 자극은 조직의 리모델링 및 성장을 제어하기 위해 세포에 신호를 보냅니다. 또한, 최근의 개발에서 생물 반응기 기술은 조직의 빠른 성숙, 조직의 혈관 화 및 이식 생존 능력을 허용 해 왔습니다.

생물 반응기는 대류 양분 수송, 미세 중력 환경 생성, 세포를 통과하는 압력을 변화시키는 용액을 변화 시키거나 동적 또는 정적 부하를위한 압축을 추가로 수행합니다. 생물 반응기의 각 유형은 여러 유형의 조직에 이상적입니다. 예를 들어 압축 생물 반응기는 연골 조직에 이상적입니다.

Bioprinting 접근 방식
이 분야의 연구자들은 적절한 생물학적 및 기계적 성질로 구축 된 생체 기관을 생산하는 접근법을 개발했습니다. 3D bioprinting은 Biomimicry, Autonomous Self-Assembly 및 Mini-tissue Building Block의 세 가지 주요 접근 방식을 기반으로합니다.

생체 모방
bioprinting의 첫 번째 접근 방식은 biomimicry라고합니다. 이 접근법의 주요 목표는 인체의 조직과 기관에서 발견되는 자연적 구조와 동일한 조작 된 구조를 만드는 것입니다. 생체 모방은 장기와 조직의 형태, 구조, 미세 환경의 중복을 필요로합니다. bioprinting에 biomimicry를 적용하는 것은 기관의 동일한 세포 및 세포 외 부분 모두를 생성하는 것을 포함합니다. 이 접근법이 성공하려면 조직을 마이크로 스케일로 복제해야합니다. 그러므로 미세 환경,이 미세 환경에서의 생물학적 힘의 성질, 기능 및지지 세포 유형의 정확한 조직, 용해도 인자 및 세포 외 기질의 조성을 이해할 필요가있다.

자율적 인 자체 조립
bioprinting의 두 번째 접근법은 자율적 인 자체 조립입니다. 이 접근법은 관심있는 조직을 복제하기위한 모델로서 배아 기관 발달의 물리적 과정에 의존한다. 세포가 초기 개발 단계에있을 때, 필요한 세포 기능 및 마이크로 아키텍처를 제공하기 위해 자체 세포 외 매트릭스 빌딩 블록, 적절한 세포 신호 전달, 독립적 인 배치 및 패터닝을 만듭니다. 자율적 인 자기 조직화는 배아의 조직과 장기의 발달 기술에 대한 구체적인 정보를 요구합니다. 융합 및 세포 배열에 영향을받는 자기 조립 스 펠로이드를 사용하는 “비계없는”모델이 진화하는 조직과 유사합니다. 자율적 인 자기 조립은 조직 형성의 근본적인 원인으로 세포에 의존하며, 빌딩 블록,이 조직의 구조적 및 기능적 특성을 유도합니다. 배아 조직의 메커니즘이 어떻게 생겨나는 지, 그리고 생체 내 조직을 만들기 위해 둘러싸인 미세 환경에 대한 깊은 이해가 요구됩니다.

미니 티슈
bioprinting의 세 번째 접근법은 biomimicry와 self-assembly 접근 방식을 결합한 것으로 미니 조직이라고합니다. 장기와 조직은 매우 작은 기능 구성 요소로 만들어집니다. 미니 티슈 접근법은 이러한 작은 조각을 취해 더 큰 프레임 워크로 제작하고 배열합니다.

프린터
일반적인 잉크 프린터와 마찬가지로, bioprinters 그들에게 세 가지 주요 구성 요소가 있습니다. 사용 된 하드웨어, 바이오 잉크의 종류 및 인쇄되는 재료 (생체 적합 물질)입니다. “바이오 잉크는 살아있는 세포에서 만들어져 액체처럼 행동하는 물질로, 사람들이 원하는 모양을 만들기 위해 그것을 인쇄 할 수있게 해줍니다. 바이오 잉크를 만들기 위해 과학자들은 세포의 슬러리를 만들어서 카트리지이며 특별히 고안된 프린터에 삽입되며 바이오 종이라고 알려진 젤이 들어있는 다른 카트리지와 함께 삽입됩니다. ”

bioprinting에는 세 가지 주요 유형의 프린터가 사용되었습니다. 이들은 잉크젯, 레이저 보조 및 압출 프린터입니다. 잉크젯 프린터는 주로 고속 및 대형 제품의 바이오 프린팅에 사용됩니다. drop-on-demand 잉크젯 프린터라고하는 잉크젯 프린터의 한 유형은 엄청난 양의 재료를 인쇄하여 비용과 낭비를 최소화합니다. 레이저를 사용하는 프린터는 고해상도 인쇄를 제공합니다. 그러나 이러한 프린터는 종종 비쌉니다. 압출 프린터는 3D 인쇄와 마찬가지로 셀을 레이어별로 인쇄하여 3D 구조를 만듭니다. 세포뿐만 아니라 압출 프린터는 세포가 주입 된 하이드로 겔을 사용할 수도 있습니다.

신청
재생 의학 분야는 최근 수십 년 동안 생물학적 조직을위한 기능성 대체물을 생산하는 능력면에서 상당한 발전을 이루었습니다. 10 년 이상 살아있는 세포와 생체 재료 (일반적으로 하이드로 겔)는 바이오 프린팅을 통해 인쇄되었지만, 세포 외 기질과 미세 공학에 기반한 29 가지의 전통적인 접근 방식은 정확한 생체 모방 특성을 가진 조직을 생산하는 능력이 제한적입니다.

Organovo는 2013 년에 바이오 인쇄 기술을 통해 인간의 간을 생산했습니다. 그러나 신체는 이식에 적합하지 않았으며 주로 약물 검사를위한 수단으로 사용되었습니다 30.

2017 년 바이오 인쇄 사용
Bioprinting은 이미 살아있는 구조물을 창조하는 것을 가능하게합니다. 세포 생명체는 전 세계 여러 연구소에서 인쇄되며 세포 조직은 생존 가능하며 바이오 인쇄는 세포 분화에 영향을 미치지 않습니다. 일부 기술은 의학 치료에 적용되어 성공을 거두었습니다. 3D 생체 인쇄는 다층 피부, 뼈, 혈관 이식편, 기관 보철물, 심장 조직 및 연골 구조를 비롯한 여러 조직의 생산 및 이식에 이미 사용되었습니다.

복잡한 기관의 인쇄는 전세계의 강렬한 연구의 주제입니다. 예를 들어 심장, 췌장, 간 또는 신장의 경우. 2017 년부터이 연구는 아직 이식 수술을받지 못했습니다.

2017 년 5 월, 연구자들은 생쥐의 난소를 만들기 위해 생체 충격을 사용했습니다. 인공 난소를 이식 한 무균 생쥐는 정상적인 건강한 아기 생쥐를 배란시키고, 전달하고, 먹일 수있었습니다. 이 연구는 3 차원 인쇄를 통해 이러한 결과를 얻은 최초의 연구입니다.

피부에 대한 현재의 진보.
연구진은 각질 세포 (피부의 표층부 세포와 표재 체 성장 : 손톱, 머리카락, 머리카락)와 콜라겐의 다층 구조를 인쇄했다.

2010 년 보르도 실험실에서는 작은 구멍이있는 생쥐의 두개골에 직접 뼈 세포를 인쇄 (뼈 조직을 재생 및 통합)했습니다. 환자에게 직접 인쇄하는 경우 우리는 생체 내에서 인쇄하는 것을 말합니다. 연구팀은 나중에 인쇄 된 중간 엽 세포를 제거하여 뼈 부분과 피부의 일부를 인쇄하는데도 동일한 원리를 사용했습니다. 간엽 세포는 연골, 뼈 및 지방과 같은 골격 조직에 속하는 여러 종류의 세포를 생성 할 수 있습니다. 그들은 배아의 중간 엽에서 발견되며 어른에서는 매우 소량입니다. 닥터 파비엥 길레 모트 (Dr.Fabien Guillemot)는 마우스에 대한 첫 번째 테스트에 대해 “결과는 매우 결정적이며 인쇄 된 세포는 모든 기능을 유지하고 인쇄 후 2 개월까지 증가했다. 첫 번째 대상은 치유의 징조를 보였다. 독일 : 직물은 어떤 거부도없이 동물의 상처를 치료합니다.

미국 기업인 Organovo는 의료 연구를 위해 인쇄 된 피부 샘플을 판매합니다. 이러한 기능성 유기 조직은 제약 회사가 치료 효과 및 질병에 미치는 영향을 테스트하는 데 사용됩니다. 이 회사는 질병과 그 진화를 더 잘 이해하기 위해 병든 조직 모델을 인쇄하고 있습니다. 목표는 약물 분자의 효과를 시험하고 임상 시험 비용을 줄이는 것입니다. 대형 화장품 그룹은 마케팅 전에 마케팅의 독성을 평가하고 2013 년부터 유럽에서 금지 된 동물 실험의 대안을 찾기 위해 표본을 사용합니다.

중요한 장기에 대한 현재의 진보
인쇄 된 조직의 혈관 형성 문제를 극복하기위한 새로운 기술이 개발되었습니다. 하나의 기술은 실제로 하이드로 겔 홀더에 콜라겐 및 기타 생물학적 섬유가 포함 된 연조직을 인쇄합니다. 인쇄 된 직물은 세포 및 구조물을 손상시키지 않으면 서 지지체를 용융시킴으로써 회수된다. 이 원칙에 따라 대퇴골, 관상 동맥, 혈관 및 태아 심장 모델이 이미 성공적으로 인쇄되었습니다. 이러한 세포 조직은 장기를 산소화하는 데 필요하지만 아직 인간에 대해 테스트하지 않았으며 간, 폐 또는 심장과 같은 장기의 완전한 혈관 형성을 허용하지 않습니다.

vasculature 분야의 진보 덕분에 이제는 소형 기관을 만들 수 있습니다. 예를 들어, Organovo는 폐 및 심장 근육 조각과 같은 다양한 유형의 복합 조직을 인쇄하는 실험을 해왔습니다. 그녀는 5 ​​일 동안 실험실에서 살아남은 신장 (1 mm 두께 × 4 mm 폭) 조각을 만들었습니다. 그들은 또한 40 일 동안 기능을 유지하는 재구성 된 사람 간을 만들었습니다. 이 간 샘플 (두께 3mm, 두께 0.5mm)은 효소, 단백질 및 콜레스테롤을 생성 할 수 있었으며, 이로 인해 발생했을 수있는 교환을 통해 장기의 수명이 늘어납니다. 마찬가지로 중국인 연구자들은 현재 4 개월로 제한되는 신장을 개발합니다.

“우리는 연구를 계속하고 더 많은 정보를 수집해야하지만, 조직이 간과 같이 행동한다는 사실은 마약으로 시험되기 시작하면 계속 행동 할 것이라는 것을 시사한다.”라고 Keith Murphy, Organovo의 CEO는 말한다. 는 최근 42 일 이상 기능을 유지하는 간 조직을 상업화했으며이 기관 표본은 의학 연구를위한 것입니다. 그러나 현재까지는 이들 중 어느 것도 아직 유기체와 통합되어 있지 않습니다.

하버드 연구진은 2016 년 10 월에 통합 센서가 내장 된 세계 최초의 온칩 심장을 바이오 인쇄했습니다. 미세 생리적 시스템 인이 장치는 인간 조직의 행동을 모방합니다. 이 완료는이 팀이 제작 한 폐, 언어 및 내장 내장과 비교하여 가장 정교한 오르간 – 온 – 칩입니다. 이 바이오 인쇄 오르간 – 온 – 칩 응용 프로그램의 개발은 동물 실험에 대한 의학 연구의 의존성을 줄일 수 있습니다.

기타 기관
잉글랜드 캠브리지 대학의 연구원들은 바이오 프린터를 통해 쥐의 망막에서 신경 세포를 재 형성하는 능력을 발표했다. 프린터는 신경절 세포 카트리지와 쥐의 줄기 세포에서 신경아 교세포를 연결할 수 있습니다. 이 이식은 거부 반응의 위험을 제거하면서 동물이 시력의 상당 부분을 회복하도록 허용했습니다. 2013 년 4 월 프린스턴 대학 (Princeton University)의 과학자들은 생체 공학적 귀에 깊은 인상을 받았습니다. 유기농 세포와 연골에 성형 된 나노 입자를 결합했습니다. 이와 같이 제작 된 귀는 자연스러운 인간의 귀에 들리지 않는 무선 주파수를들을 수 있습니다.

컬럼비아 대학 (Columbia University)의 과학자들은 바이오 인쇄 된 치아와 관절을 만드는 작업을하고 있습니다. 이 팀은 예를 들어 쥐의 턱에 인쇄 된 3D 구조로 만든 절치를 이식했습니다. 2 개월 후, 이식 물은 새로 형성된 치아와 뼈를 지탱하는 인대의 성장을 허용했습니다. 연구팀은 또한 바이오 프린팅 한 힙합 뼈를 토끼에 이식하여 몇 주 후에 새로운 관절로 걷기 ​​시작했다.

도전 과제
인쇄 가능한 기관의 생산에있어 획기적인 발전이 있었지만, 복잡한 기관과 관련한 임상 구현에는 더 많은 연구와 개발이 필요합니다. 생물학적 인쇄에 필요한 세포 증식은 마커와 자연적 생물학적 과정이없는 인위적이고 통제 된 환경에서 수행됩니다. 이러한 특성이 없으면 적절한 형태 및 세포 분화의 진행을 종종 방해합니다. 이 조건이 존재하면, 인쇄 된 기관은 생체 내 조건을보다 정확하게 모방 할 수 있으며, 세포로 이루어진 간단한 발판으로 생각되는 생물학적 성장과는 반대로 구조와 적절한 기능을 채택 할 수있다. 해결 된 내용 :

혈관 형성 : 예를 들어 피부 35와 같은 기본적인 세포 조직을 만드는 것이 가능하지만 복잡한 장기를 만드는 것은 불가능합니다. 사실, 과학자들은 길이가 길고 얇으며 튜브 모양이며 프린터의 정확도가 너무 낮기 때문에 모세 혈관과 같은 혈관을 재현 할 수 없습니다. 세포가 산소와 글루코오스를 공급받지 못하고 매우 빨리 죽을 것이기 때문에 어떤 장기의 인상도 불가능합니다. 또한, 지금까지 인쇄 된 세포 피부 조직은 혈관 화되지 않아 이식에 적합하지 않습니다. 세포 조직은 두께가 400 미크론을 초과하는 즉시 혈관 신생 될 필요가 있습니다.
신경계 : 신경계는 매우 복잡합니다. 신경이 없으면 생성 된 근육을 수술 할 수 없으므로 접목 할 수 없습니다.
pluripotent 세포 : 바이오 인쇄는 다능 세포의 다량을 필요로합니다.
인쇄 된 세포의 생존 시간 : 현재 인쇄 된 직물은 자연 환경에 있지 않기 때문에 오래 살지 않습니다. 예를 들어, Organovo 회사는 4mm x 1mm 크기의 소형 신장을 인쇄했지만 단 5 일만 살아 남았습니다.
가격 : 고급 기능성 생물학적 프린터의 비용은 매우 비싸기 때문에 소규모 연구 실험실이나 병원에서는 거의 얻을 수 없습니다. 사실 생물학 프린터의 비용은 수십만 유로입니다.
장기의 복잡한 조직 : 예를 들어, 신장은 혈액 여과 및 소변 생산을 제공하는 1 백만 개의 네프론으로 구성됩니다. 각 네프론은 4 가지 유형의 세포로 구성된 사구체와 같은 여러 하위 단위로 구성됩니다 …이 조직은 레이어별로 인쇄하는 것은 매우 복잡합니다.
중대성 : 인쇄 분야에서 가장 잘 알려진 생물학 기법을 사용하는 경우에도 과학자들은 중력 때문에 조직을 레이어별로 인쇄해야합니다. 대형 바디의 형성이 크게 복잡해지면서 분자 구조가 변형됩니다.
과학적 지식 : 복잡한 장기의 개발 및 인쇄에있어 가장 큰 장애물 일 것입니다. 인체에 대한 세계적 지식의 부족은 신경계 또는 신체의 형태 형성과 같은 여러 영역에서 느껴집니다.

최근 개발

혈관 신생
2017 년 4 월, 캘리포니아 대학의 연구팀은 소위 “미세 연속 광학 생체 인상”(μCOB) 바이오 인쇄 방법을 사용하여 복잡한 3 차원 마이크로 아키텍처로 혈관 조직을 생산하는 데 성공했습니다. 생체 내 이식 된 조직의 이식은 혈관이 막힌 조직에서 내피 세포의 생존과 점진적인 형성을 보여 주었다.

엄격
과학자들은 중력 때문에 세포의 연속적인 층에 세포 기관과 조직을 인쇄해야합니다. 그들에 따르면, 예를 들어 자기장을 이용하여 가중치가없는 의사 상태로 장기를 인쇄하면 변형없이 셀을 올바르게 배치 할 수 있습니다.

블라디미르 미로 노프 (Vladimir Mironov) 교수와 그의 연구팀은 국제 우주 정거장에서 시험을 수행하기로 합의했다.

이 중력 현상에 대응하기 위해 아담 Feinbergon 교수 팀은 하이드로 겔 (수성 젤라틴 큐브)의 큐브에 세포를 퇴적시키는 아이디어를 가지고있었습니다. 이와 같이 침착 된 세포는 하이드로 겔에서 부유 상태로 남아있어 생성 된 장기가 변형되지 않도록 충분한 세포 연결을 형성 할 시간을 준다. 체온 (37 ° C)의 물에서 젤이 녹습니다. 일단 연결이되면 37 ° C의 수중에 하이드로 겔 큐브를 급강하시켜 손상된 장기를 회복하는 것으로 충분합니다.

복잡한 조직
Fabien Guillemot이 이끄는 INSERM 보르도 연구원 팀은 기능성 신장을 재창조하는 것을 목표로한다. 이를 위해 레이어별로 레이어를 인쇄하지 않기로 결정했습니다. Indeed, the complex organization of the kidney making it impossible to print layer by layer, the team of INSERM first wants to create glomeruli which could then be assembled to make nephrons, themselves assembled to make a functional kidney.

Pluripotent cells
In 2012, Japanese researcher Shinya Yamanaka successfully created functional pluripotent stem cells from differentiated cells such as skin cells. Indeed, after 7 years of research and testing on mice, the Japanese researcher discovered that by taking the genes that encode the non-differentiation of pluripotent stem cells and placing them in the genetic makeup of the differentiated cell, this last becomes pluripotent. This discovery earned him the Nobel Prize in Medicine. As a result, it is possible to create a pluripotent stem cell culture specific to an individual without even a bone marrow sample.

These differentiated cells reprogrammed into stem cells are designated as iPS cells of the English induced pluripotent stem cells or pluripotent stem cells induced in French.