미소 중력 바이오프린트프린트

Microgravity bioprinting
ISS에 설치된 미소 중력 바이오프린터

미소중력 바이오프린팅은 매우 복잡한 기능성 조직 [1]및 장기 구조를 만들기 위해 미소중력 조건 하에서 3D 바이오프린팅 기술을 사용하는 것입니다.무중력 환경은 인쇄 프로세스 [2]중 자기장 교란 및 생체구조 유지 등 지구상 바이오프린팅의 현재 한계 중 일부를 회피합니다.미세중력 바이오프린팅은 재생 의학의 가능성을 높이면서 우주 탐험과 식민지의 발전을 위한 초기 단계 중 하나이다.

일반원칙

자기부상기반 미세중력 3차원 바이오프린터의 일반설계

다른 3D 바이오프린팅 기술에 비해 마이크로 중력 바이오프린팅의 주요 기능은 무중력 환경의 활용입니다.압출 기반 인쇄, 리소그래피 기반 인쇄, 레이저 기반 인쇄, 액체 기반 인쇄, 자기장 기반 인쇄,[3][4] 자기장 기반 인쇄를 포함한 다른 모든 3D 바이오 프린팅 기술은 우주에서 테스트되었습니다.최적의 미세중력 바이오프린트 기술은 자기장과 음향부상장을 조합하여 조직과 [5]장기를 만드는 조형 바이오프린트 기술을 활용하는 것입니다.자기장 및 음향부상장은 비계처럼 작용하여 바이오프린팅 프로세스를 지원하는 영역을 만듭니다.미세중력 바이오프린팅에 사용되는 바이오잉크는 생체재료와 생물학적 [6]물질을 함유할 수 있는 특히 저점도 화합물이다.다른 3D 바이오프린팅 공정과 유사하게 작동하지만 무중력 설정에 최적화되어 있습니다.미세 중력 바이오프린팅의 한계는 다른 3D 바이오프린팅 [7]기술과 공유됩니다.또 다른 과제는 ISS에 탑재된 바이오소재와 바이오링크를 우주공간으로 보내는 것이다.

역사

2016

Techshot이라는 이름의 미국 회사는 성인 인간 줄기세포와 무중력 [8]사용을 위해 특별히 개발된 nScrypt 바이오프린터로 구성된 바이오잉크를 사용하여 초중력 환경에서 최초의 심장 및 혈관 조직을 인쇄했습니다.Techshot은 국제우주정거장에 보내기 위해 바이오프린터를 사용하는 특정한 초중력을 개발하기 시작한다.

2017

스콜코보에 본사를 둔 3D 바이오프린팅 솔루션스(Bioprinting Solutions)는 자기부상 [9]기술을 활용한 우주 전용 바이오프린터 제조 및 개발에 착수했다.

2018

3D 바이오프린팅 솔루션은 자성 바이오프린터를 [10]이용해 국제우주정거장(ISS)에서 쥐 갑상선을 성공적으로 인쇄했다.

2019

바이오프린트된 마우스 갑상선은 분석을 위해 2019년 초에 지구로 보내졌다.테크샷이 개발·생산한 미소 중력 바이오프린터인 바이오패브릭 설비를 ISS에 보내 설치했다.본 시설은 시간이 지남에 따라 점차 두꺼운 조직을 인쇄하여 약물 재형성 [11]연구를 수행하도록 설계되었으며, 3D 바이오프린팅 솔루션의 첫 인체 세포 바이오프린팅은 2019년 말 [12]ISS에서 시행되었습니다.그들은 살아있는 인간 세포와 인산칼슘 세라믹스로 이루어진 자성 나노입자 혼합물을 사용하여 인간의 뼛조각을 인쇄하는 데 성공했다.

적용들

연조직 인쇄

미세 중력 환경은 혈관과 같은 부드럽고 섬세한 조직 구조를 인쇄할 수 있는 가능성을 가능하게 합니다.지구에서는 혈관의 취약성은 세포의 무게와 중력의 결합으로 인해 구조가 붕괴되는 결과를 초래한다.무중력 상태에서 생체 인쇄된 정맥과 동맥은 구조적인 지지대가 필요하지 않으며 인쇄 프로세스 [13]중에 공간에 매달릴 필요가 없습니다.이것에 의해, 섬세한 조직이 인쇄 프로세스 전체에 걸쳐 구조와 형태를 유지할 수 있습니다.바이오프린트를 지구로 보내기 전에, 세포 배양 시스템을 사용하여 조직을 조절하여 [14]자급자족을 위한 조직을 더욱 강화합니다.세포배양을 건너뛰면 세포의 안정성이 떨어져 연조직이 중력과 세포의 무게에 의해 붕괴된다.세포 배양 과정이 완료되면 인쇄된 섬세한 조직 구조는 기능적으로 자연 조직과 다르지 않을 것으로 예상됩니다.

복잡한 조직 및 장기 인쇄

복잡한 장기는 어떤 지원 시스템 없이도 세포와 생물학적 물질로만 제작될 수 있습니다.무중력 환경은 지구의 [15]3D 바이오프린팅에 공통적으로 발생하는 기계적 하중 및 구조적 요구사항 한계를 해결합니다.ISS는 현재 심혈관 조직과 [16]구조를 인쇄하기 위해 여러 개의 미세 중력 집중 바이오프린터를 운영하고 있습니다.바이오프린트된 조직과 구조는 심장질환을 치료하고 손상된 심장조직을 [17]복구하기 위한 치료제 개발과 관련된 다양한 연구의 모델로 사용된다.

생물의학 연구

간과 같은 생체 가공 장기는 생리학적 [18]조건에서의 모방성이 증가하여 특정 간 질환을 시험하고 치료하기 위해 체외 모델로 사용되어 왔다.현재 간 모델은 더 큰 간 구성물을 인쇄해야 하는 복잡성이 증가하기 때문에 더 작은 조직 슬라이스로 제한됩니다.미세중력 바이오프린팅은 잠재적으로 자연 간과 동등한 기능을 할 수 있는 더 크고 복잡한 간 구조를 만들 수 있습니다.

Bioprint FirstAid 핸드헬드 바이오프린터(Bioprint FirstAid)라고 불리는 휴대용 기기가 지구와 우주에서 모두 작동하는 차세대 [19]핸드헬드 바이오프린터로 개발되고 있다.바이오프린터는 각 환자의 세포를 포함한 바이오링크로 만든 반창고 패치를 인쇄하는 것을 목표로 하고 있다.전체 인쇄 과정은 약 10분이 소요되며 급지된 잉크 카트리지를 통한 기계 인쇄에만 의존합니다.이 연구는 어떤 상황에서도 기능할 수 있는 휴대성과 사용이 간편한 바이오프린터를 개발하기 위한 시작이다.

제약 연구

화학 화합물은 지구에서 [20]달성할 수 없는 우주에서 독특하게 편집된 표면 특성과 특성으로 제작될 수 있다.특수하게 만들어진 화합물은 연구 중에 시험될 수 있어 지구에서 발견된 화합물들에 비해 그 효능에 주목한다.무중력 환경은 일반 제조 [21]공정보다 더 효율적인 화합물 제조 공정을 제공합니다.이것은 약물의 추가 최적화와 생산 증가에 영향을 미친다.

영향

ISS - 초중력 바이오프린트 및 연구를 위한 위치.

미소중력 바이오프린팅은 무중력의 장점을 살려 중력과 세포 무게에 민감한 장기 및 조직 구조를 인쇄합니다.고점도 바이오링크는 세포가 3D [22]구조를 유지 및 형성할 수 있도록 하기 위해 바이오프린팅에 자주 사용됩니다.높은 점도는 지구 중력의 힘에 대항하지만 높은 전단 응력을 발생시킨다.인쇄 과정에서 이러한 고점도 바이오링크에 대한 스트레스가 증가하면 셀이 자주 사망합니다.미소 중력 환경에서는 저점도 바이오링크를 사용할 수 있지만 바이오프린트는 완전한 세포 기반 3D 구조를 형성할 수 있습니다.이렇게 하면 셀이 매달린 상태로 인쇄되므로 지지대를 위한 발판을 만들 필요가 없습니다.미세중력 바이오프린팅이 발전하고 발전함에 따라 인공장기를 프린팅할 수 있는 가능성은 우주탐사와 식민지화를 [23]더욱 촉진할 수 있는 기회를 제공한다.재생의학은 미세중력 바이오프린팅의 [24]진보와 발전을 바탕으로 지구를 기반으로 한 바이오 제조 기술이 더욱 정교해짐에 따라 획기적으로 개선될 것으로 기대된다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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