Обзор биопринтера-инкубатора ROKIT Dr. INVIVO 4D6

В новом обзоре мы рассказываем про уникальный корейский 3D-принтер Dr. INVIVO 4D6, который реконструирует человеческие ткани методом биопечати. Аппарат позволяет создавать биосовместимые структуры, а также выращивать ткани из клеток человеческого организма. Для второго типа задач Dr. INVIVO 4D6 оснащен инкубатором.

Читайте статью, чтобы узнать о последних достижениях в биопечати и о возможностях биопринтера Dr. INVIVO 4D6.

Содержание

Особенности технологии биопечати

Источник: rmf.hapres.com

За последние годы технология биопечати стала предметом активного изучения в разных странах. Методы биопечати подразумевают производство нескольких типов компонентов: клеток, каркасов и органических соединений. Чтобы изготовить идеальные элементы для регенерации тканей, необходимо соблюсти несколько условий: биосовместимость, биоразлагаемость, в некоторых случаях пористость и структурную прочность.

В настоящее время развивается несколько методов биопечати:

струйная биопечать: использует электрический нагреватель или пьезоэлектрический привод для создания импульса давления, который продвигает каплю биочернил на подложку.
лазерная биопечать: имеет импульсный лазерный источник и ленточную структуру (энергопоглощающий слой, донорный слой и слой биочернил). Лазерный импульс возбуждает ленту, создавая пузырек пара, который продвигает капли биочернил на принимающую подложку.
экструзионная биопечать: использует пневматическое, поршневое или винтовое давление для экструзии биочернил через микронасадку в виде непрерывной нити.

Струйная биопечать, как первая техника биопечати, основана на традиционных процессах струйной печати. В отличие от обычной двухмерной печати, в качестве материала в биопечати используются биочернила — раствор преполимера гидрогеля с клеточным материалом. Биочернила выбрасываются в виде капель на поверхность субстрата на платформе. Готовое изделие, затвердевая, становится готовой к использованию трехмерной конструкцией.

Головка принтера использует тепловую или пьезоэлектрическую силу для создания капель регулируемого размера. В струйных термопринтерах печатающая головка нагревается электрически, чтобы выдавить капли из сопла. В процессе печати к кристаллическому материалу прикладывается напряжение, которое вызывает быстрое изменение формы и выдавливает биочернила по капле из сопла, через определенные промежутки времени.

Плотность наполнения клетками, скорость печати и размер сопла — вот некоторые из факторов, которые влияют на разрешение и механические свойства конструкций, печатаемых струйной печатью. Преимуществами струйной биопечати являются относительно быстрая скорость печати, её низкая стоимость и доступность.

В лазерной биопечати применяется метод лазерно-индуцированного прямого переноса. Донор — носитель материала печати, — имеет ленточную форму и слоеную структуру, которая состоит из энергопоглощающего слоя (например, титана или золота) сверху и слоя биочернил (например, клеток и гидрогеля) внизу. В процессе печати сфокусированные лазерные импульсы от источника излучения стимулируют область в энергопоглощающем слое. Энергия, поглощенная на этом этапе, испаряет часть донорного слоя, чтобы создать пузырь высокого давления, который продвигает биочернила на принимающую подложку в форме капель. Качество печатных конструкций определяется многими факторами, такими как длина волны лазера, интенсивность и время импульса, поверхностное натяжение, толщина и вязкость слоя биочернил, смачиваемость основания и воздушный зазор между ленточной структурой и подложкой. Работа лазерной системы довольно сложна, по сравнению с печатью через сопла.

Экструзионная печать — один из самых экономичных методов 3D-печати биоматериалами. Экструзионную биопечать можно рассматривать как развитие струйной биопечати, где более вязкие материалы наносятся вместо жидкости.

Для экструзии более густых (по сравнению с применяемыми в струйном методе) биочернил через микронасадку, в аппаратах экструзионной печати применяются разного рода нагнетатели давления, пневматические или механические. После отверждения на подложке, экструдированный материал служит основанием для следующих слоев — платформа опускается и добавляется следующий слой материала, — так происходит до тех пор, пока не будет сформирована полная трехмерная конструкция.

О компании Rokit Healthcare

Источник: rokithealthcare.com

Корейская компания Rokit Healthcare была основана в 2012 году. Изначально целью разработчиков стало создание инновационных приборов, необходимых для регенерации тканей. В 2016 году был представлен Rokit INVIVO — 3D-принтер для биопечати. Rokit INVIVO разработан по модульной технологии: модули — различные экструдеры, которые работают по разным методикам. В результате, на одном аппарате можно создавать мягкие и твердые ткани, как из биосовместимых материалов, так и из культивированных клеток.

Платформа для регенерации органов 4D Rokit является принципиально новым этапом в развитии медицинских технологий — компания Rokit доказала эффективность платформы клиническими испытаниями, а затем стала популяризировать новые технологии по всему миру.

Биопринтеры Rokit — первая в мире компактная платформа для создания живых тканей и других имплантируемых материалов для лечения не только спортивных травм, но и дегенеративных заболеваний хрящевой ткани, включая остеоартрит и ахондроплазию. За годы исследований компания Rokit Healthcare получила многообещающие результаты в том, что касается безопасности и эффективности платформы, а теперь собирается начать клинические испытания в глобальном масштабе.

Специалисты Rokit Healthcare полагают, что старение можно рассматривать в качестве процесса, поддающегося коррекции с помощью научных методов. А такие заболевания, как рак и деградация органов, будут исправлены современными медицинскими технологиями.

Характеристики Dr. INVIVO 4D6

Источник: rokithealthcare.com

Дополнительные датчики Ультразвуковой датчик; датчик выравнивания конца сопла Источник света УФ LED
Количество экструдеров 1 Область применения Медицина
Стерилизация УФ лампа Температура печатного стола -4 ~ 60 °C охлаждение и нагрев
Технология печати 3D Bioprinting Фильтр HEPA (0,5 ПМ, 99,998%)
Количество печатающих головок 6 (Built-In UV) Платформа Подогреваемая; охлаждаемая

Размеры, мм 683х683х965 Вес, кг 95
Сертификаты Medical-Grade Linear Motion System; ISO13485 Страна производитель Корея

Описание

Rokit Dr. INVIVO 4D6 — это биопринтер, представленный компанией Rokit Healthcare летом 2020 года. Устройство оснащено шестью модульными печатными головками, а также инкубатором для выращивания клеток.

Источник: rokithealthcare.com/

Dr. INVIVO 4D6 — первый в мире биопринтер с встроенным инкубатором для выращивания клеток, где поддерживается постоянная температура, уровень CO2 и влажности. Для сохранения стерильности камера оснащена H14 HEPA-фильтром и источником излучения в диапазоне UV-C. Еще один уровень защиты — система низкотемпературной плазмы.

Источник: rokithealthcare.com/

Система биопечати Dr. INVIVO 4D6 адаптирована для работы с разными типами клеток и биоматериалов. Из гидрогелей аппарат может создавать ткани с использованием коллагена, гиалуроновой кислоты, фибрина, агарозы и т.д. Комплекс может печатать ткани для сердечно-сосудистой системы и легких. Достоинством системы является производство имплантов, которые будут в максимальной степени соответствовать организму каждого пациента, т.к. могут быть созданы с применением его собственного биоматериала — идеального с точки зрения совместимости. Также биопринтер Dr. INVIVO 4D6 предназначен для перспективной печати прототипов продуктов питания и для создания фармакологических препаратов.

Для контроля за процессом печати биопринтер оснащен оптическим микроскопом с 20-кратным увеличением. Dr. INVIVO 4D6 способен транслировать изображение через информационные сети, что дает возможность специалистам наблюдать за процессом 3D-печати даже со смартфона.

Примеры использования

Источник: rokitregenerator.com

Dr. INVIVO 4D6 — новый аппарат, еще не применявшийся широко, но в нем получили развитие возможности, заложенные ранее в модели Dr. INVIVO 4D, — поэтому, в качестве примеров, ниже мы приведем реализованные с его помощью проекты.

Печать аналога мышечной ткани

Опытным путем установлено, что на биопринтере Rokit можно распечатать эквивалент мышечной ткани, состоящий из многослойного полимерного каркаса и миоцитов — мышечных клеток. Применение этой технологии позволит предотвратить развитие саркопении, свойственной всем пожилым людям.

Создание кастомных медикаментов

На современном этапе развития фармакологические корпорации, при составлении рецептуры медикаментов, исходят из некоторых усредненных показателей эффективности препаратов для разных групп пациентов. В действительности для каждого человека требуется собственная доза лекарственного препарата или индивидуальное сочетание разных действующих веществ в разных пропорциях. Биопринтеры Dr. INVIVO позволяют напечатать лекарство в любой форме и с рецептурой любой сложности, максимально подходящее каждому конкретному пациенту.

Печать костного матрикса

Биопринтер Dr. INVIVO позволяет печатать компоненты при температуре до 350 °C, что дает возможность использовать сверхпрочные конструкционные биосовместимые пластики при создании имплантов костей. На корейском 3D-принтере создают структуры любой формы, с заданной прочностью, плотностью и пористостью, которая важна для срастания импланта с костью.

Восстановление хрящей

Лечение артрита теперь возможно при помощи регенеративных методик. На биопринтере INVIVO существует возможность напечатать хрящи из костного матрикса и стволовых клеток. Матрикс — полая клетчатка, используемая как форма, стволовые клетки заполняют ее и специализируются, становясь теми клетками, что необходимы данному участку организма, в данном случае — хрящевой тканью.

Итого

Rokit Dr. INVIVO 4D6 — это уникальный аппарат, который выводит на новый уровень регенеративную медицину. За счет модульной конструкции принтера и наличия инкубатора для клеток, Dr. INVIVO 4D6 позволяет создавать мышечные, костные и другие необходимые для лечения ткани и медикаменты с уникальными характеристиками.