3D 바이오프린터로 현장에서 조직 인쇄

바이오프린팅(Bioprinting)은 3D 프린팅 기술을 사용하여 생체재료로 조직을 제작하는 것입니다. 이는 주로 연구 및 시험관 내 약물 테스트를 위해 인체 조직을 만드는 데 사용됩니다. 환자에게 이식할 신체 부위를 만드는 데 사용되는 경우 먼저 데스크탑 바이오프린터로 부품을 인쇄한 다음 이를 배치하기 위해 일반적으로 대규모 개방 수술이 필요합니다. 감염 위험과 긴 복구 시간 외에도 인쇄된 부품과 부착된 내부 대상 조직 간의 불일치가 가능하며 오염 및 취급으로 인해 발생하는 문제도 있습니다.

이러한 문제를 극복하기 위해 호주 뉴사우스웨일즈 시드니 대학의 연구원들은 소형 소프트 로봇 팔과 유연한 인쇄 헤드를 개발하고 이를 유연한 프린터 본체를 구성하는 긴 관형 카테터에 통합했습니다. 암과 프린팅 헤드 모두 3개의 자유도(DoF)를 갖습니다.

"F3DB로 명명된 우리의 유연한 3D 바이오프린터는 최소 침습적 접근 방식으로 생체 재료를 표적 조직이나 기관에 직접 전달할 수 있습니다."라고 UNSW 생의학 공학 대학원 선임 강사이자 박사 학위를 취득한 Thanh Nho Do는 말합니다. 학생인 Mai Thanh Thai가 연구팀을 이끌었습니다.

F3DB는 신체의 손상된 부분을 직접 재구성할 수 있을 뿐만 아니라 "수술용 칼 역할을 하는 노즐을 갖춘 올인원 내시경 수술 도구로도 사용할 수 있다"고 Do는 덧붙였습니다. "이렇게 하면 현재 종양 제거와 같은 더 긴 절차에 사용되는 청소, 표시 및 절개를 위해 다른 도구를 사용할 필요가 없게 됩니다."

프로토타입의 유연한 3D 바이오프린터는 다목적 내시경 수술 도구로도 사용될 수 있습니다. 출처: UNSW Sydneyyoutu.be

지난 10년 동안 현장 바이오프린팅이 연구되었지만 "내부 장기에 대한 바이오프린팅은 다양한 어려움으로 인해 제한되었습니다"라고 페니슬베니아 주립 대학의 공학 과학 및 역학 교수인 Ibrahim Ozbolat는 2월에 발표된 연구 세부 사항에 대해 논평했습니다. 고급 과학. "이 이동식 일체형 내시경 바이오프린팅 장치는 참신하며 실시간 관찰, 절개 및 내부 장기에 대한 바이오프린팅을 허용함으로써 기존 기술을 발전시킬 수 있습니다."라고 그는 말했습니다.

이 장치는 내시경과 비슷한 직경(약 11~13mm)을 갖고 있어 입이나 항문을 통해 체내에 삽입할 수 있을 정도로 작다. 소프트 로봇 팔은 액츄에이터에 물을 펌핑하는 DC 모터 구동 주사기로 구성된 유압 시스템에 의해 조절되는 3개의 부드러운 천 벨로우 액츄에이터에 의해 작동됩니다. 부드러운 유압식 인공 근육으로 구성된 유연한 프린팅 헤드를 사용하면 프린팅 노즐이 기존 데스크톱 3D 프린터처럼 세 방향으로 움직일 수 있습니다. 전반적인 제어는 상용 햅틱 시스템을 사용하여 마스터의 손 동작을 전송하는 마스터-슬레이브 설정을 통해 이루어집니다.

목표물에 도달하면 암과 프린팅 헤드는 생체 재료를 내부 장기나 조직 표면에 전달하는 데 필요한 동작을 결정하는 수학적 프로세스인 역운동학을 기반으로 하는 자동화된 알고리즘에 의해 제어됩니다. 인쇄는 부착된 유연한 소형 카메라로 모니터링됩니다.

장치를 테스트하기 위해 연구진은 먼저 액체 실리콘 및 초콜릿과 같은 다양한 비생물물질을 사용하여 실험실에서 다양한 다층 3D 패턴을 인쇄했습니다. 추가 실험에서 그들은 돼지 신장 표면에 무생물을 사용해 다양한 모양을 인쇄했습니다. 나중에 연구원들은 인공 결장 내부의 유리 표면에 생체 재료를 현장에서 인쇄했습니다.

도 교수는 “우리는 세포가 매일 성장하고 실험 마지막 날인 7일차에 4배로 증가하는 것을 확인했다”고 말했다.

연구진은 내시경 수술을 위한 만능 도구로서의 장치를 테스트하기 위해 돼지 장 세척, 표시, 해부 등 다양한 기능을 수행했습니다. “결과는 F3DB가 내시경 점막하 박리술을 위한 올인원 내시경 도구로 개발될 수 있는 강력한 잠재력을 가지고 있음을 보여줍니다.”라고 Do는 말합니다.