Consideration of requirements for materials for different bioprinting methods

Вікторія Русланівна Кулявец; Елена Ярославовна Беспалова

doi:10.15587/2706-5448.2021.239408

Автор(и)

Вікторія Русланівна Кулявец Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0003-3622-5415
Елена Ярославовна Беспалова Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского», Україна https://orcid.org/0000-0003-1507-1445

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2021.239408

Ключові слова:

біопринтинг, біочорнила, екструзійний друк, крапельний друк, лазерний друк, живі клітини, поверхневий натяг

Анотація

Об’єктом дослідження є характеристики матеріалів, які використовуються в процесі біодруку. Однією з найбільших проблем в сфері біопринтингу є матеріали, що застосовуються для друку органів, зокрема недостатність механічних властивостей цих матеріалів, таких як міцність, пружність, пластичніть, зносостійкість тощо. Вони є важливими для досягнення стабілізації надрукованих конструкцій. В ході дослідження обговорювалися вимоги, які висуваються до матеріалів, що використовуються в технології тривимірного біодруку, в тому числі гідрогелів. Було розглянуто три основних методи (екструзійний біодрук, крапельний біодрук, лазерний біодрук), для кожного з яких висуваються окремі вимоги для матеріалів. Отримана порівняльна оцінка цих матеріалів для різних типів методик друку. Також визначено, що методика екструзійного друку є найбільш застосовуваною для такого напрямку використання, проте тут залишається проблема життєздатності живих клітин через силу напруги зсуву, яка виникає при видавлюванні речовини з боку стінок сопла. Визначено, що основними вимогами є здатність до гелеутворення, низький поверхневий натяг, змочуваність та в’язкість речовини. Завдяки розумінню та структурованій інформації є можливість забезпечити біологічні сполуки для кращої клітинної взаємодії та покращити сприятливе середовище для створення фізіологічно релевантних, функціональних тканин, які можуть приживитись організмом людини після імплантації. При наявності таких вихідних даних є можливість розроблення нових матеріалів і вдосконалення вже існуючих, які відповідали б всім наведеним вимогам. При визначенні ключової проблеми можна розробити нові шляхи її вирішення. Вище зазначені проблеми є одними з основних причин того, чому дослідники все ще далекі від біодруку функціональних органів клінічно значимого розміру. Тим не менше, завдяки новим розробленням біодрук стане ключовою технологією для майбутньої тканинної інженерії, регенеративної медицини та фармацевтики.

Біографії авторів

Вікторія Русланівна Кулявец, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кафедра біомедичної інженерії

Елена Ярославовна Беспалова, Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского»

Кандидат біологічних наук, доцент

Кафедра трансляційної медичної біоінженерії

Посилання

Mironov, V. O. (2013). Vsled za sozdatelem tekhnologii bioprintinga. Nauka iz pervykh ruk, 15–24.
Matai, I., Kaur, G., Seyedsalehi, A., McClinton, A., Laurencin, C. T. (2020). Progress in 3D bioprinting technology for tissue/organ regenerative engineering. Biomaterials, 226, 119536. doi: http://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2019.119536
Sears, N. A., Seshadri, D. R., Dhavalikar, P. S., Cosgriff-Hernandez, E. (2016). A Review of Three-Dimensional Printing in Tissue Engineering. Tissue Engineering Part B: Reviews, 22 (4), 298–310. doi: http://doi.org/10.1089/ten.teb.2015.0464
Gungor-Ozkerim, P. S., Inci, I., Zhang, Y. S., Khademhosseini, A., Dokmeci, M. R. (2018). Bioinks for 3D bioprinting: an overview. Biomaterials Science, 6 (5), 915–946. doi: http://doi.org/10.1039/c7bm00765e
Ozbolat, I. T. (2016). 3D Bioprinting: Fundamentals, Principles and Applications. Elsevier Inc., 342.
Vanaei, S., Parizi, M. S., Vanaei, S., Salemizadehparizi, F., Vanaei, H. R. (2021). An Overview on Materials and Techniques in 3D Bioprinting Toward Biomedical Application. Engineered Regeneration, 2, 1–18. doi: http://doi.org/10.1016/j.engreg.2020.12.001
Shafiee, A., Atala, A. (2016). Printing Technologies for Medical Applications. Trends in Molecular Medicine, 22 (3), 254–265. doi: http://doi.org/10.1016/j.molmed.2016.01.003
Murphy, S. V., Atala, A. (2014). 3D bioprinting of tissues and organs. Nature Biotechnology, 32 (8), 773–785. doi: http://doi.org/10.1038/nbt.2958
Gopinathan, J., Noh, I. (2018). Recent trends in bioinks for 3D printing. Biomaterials Research, 22 (1). doi: http://doi.org/10.1186/s40824-018-0122-1
Mandrycky, C., Wang, Z., Kim, K., Kim, D.-H. (2016). 3D bioprinting for engineering complex tissues. Biotechnology Advances, 34 (4), 422–434. doi: http://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2015.12.011