Rokit Dr. INVIVO 4D2: 3D-биопринтер для тканевой инженерии и трансплантологии - кейс Top 3D Group

В 2019 году компания Top 3D Group поставила Лаборатории полимерных материалов для тканевой инженерии и трансплантологии (СПбПУ) 3D-принтер для биопечати Rokit Dr. INVIVO 4D2.

Содержание:

фото1

Внешний вид принтера Rokit Dr. INVIVO 4D2

Видеоверсия статьи

Задачи тканевой биоинженерии

Интенсивное развитие биологии и медицины в последние годы привело к появлению новых направлений в исследовательской деятельности. Одно из таких междисциплинарных направлений, в котором используются наработки физики и химии полимеров, цитологии, биофизики и медицины — тканевая инженерия.

фото2

Схематическая замена утраченного участка кожи пациента

Среди ключевых задач тканевой инженерии — разработка конструкций на основе полимерных или неорганических матриц, содержащих стволовые или соматические клетки пациента. Такое биоинженерное изделие, помещенное в живой организм должно заменить утраченный орган или его часть. Использование искусственных трансплантатов с использованием собственных стволовых клеток пациента помогает решить сразу несколько серьезных проблем — от вопросов этического характера до снижения вероятности осложнений, связанных с аутоимунными реакциями.

Пример части искусственной трансплантационной материи

Сотрудники лаборатории о вопросах регенеративной медицины

ВЕЮ_1:

Мы находимся в Лаборатории полимерных материалов для тканевой инженерии и трансплантологии (ПМТИТ) входит в состав Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ). Лаборатория ПМТИТ была создана совместно с Институтом высокомолекулярных соединений Академии наук РФ в 2014 году на средства гранта Российского научного фонда.

Интервью Юдина Владимира Евгеньевича Top 3D Shop

Задачи, которые решает лаборатории — двуедины. Прежде всего, это вопросы современной регенеративной медицины, связанной с созданием искусственных донорских органов вместо естественных, использование которых, как известно, связано с целым рядом проблем, как медицинских так и этических. Еще одна ключевая задача лаборатории — обучение студентов, подготовка грамотных специалистов для работы в перспективной области современной медицины.

Лаборатория регенеративной медицины оснащена современным оборудованием

Лаборатория располагает достаточно современным оборудованием для получения материалов для тканевой инженерии, которая сочетает возможности полимерной химии и возможности создания так называемых скаффолдов/матриц для пролиферации на них клеточных культур для имплантирования в живую ткань.

В 2019 году руководство лаборатории пришло к решению о начале работ в новом, передовом направлении — изготовлении матриц/носителей/скаффодов методом трехмерной печати. Для этих целей было решено приобрести 3D-принтер для биопечати.

Процесс изготовления скаффодов

ЮАН_1:

Трехмерная печать — относительно новый метод создания носителей для культивирования клеток. Биопринтер позволяет воссоздать в стерильных условиях структуры на основе полимерных материалов природного или синтетического происхождения непосредственно вместе с клетками. Такая структура, поскольку она уже на момент печати является абсолютно стерильной, может быть имплантирована в поврежденный орган либо ткань, что существенно сократить сроки регенерации данного повреждения.

Интервью Нащекиной Юлии Александровны Top 3D Shop

Ранее для культивирования клеток использовались пленки, полученные, например, методом полива, либо если была необходимость в получении трехмерных структур, использовали метод лиофильной сушки в результате этого метода получаются пористые структуры со сферическими порами. Либо метод электроспиннинга. В результате этого способа получаются волокнистые структуры, в которые культивируют и трансплантируют далее клетки. Однако такие структуры далеки по своим архитектурным особенностям от структуры нативных тканей.

Схематический процесс регенерации поврежденного участка ткани

Выбор биопринтера для решения задач лаборатории

Определиться с выбором конкретного устройства помогли специалисты компании Top 3D Group. Предъявленным к оборудованию требованиям соответствовал 3D-принтер Dr. INVIVO 4D2 производства южнокорейской компании Rokit.

Биопринтер Rokit Dr. INVIO 4D2 в лаборатории полимерных материалов

Компании Rokit. 3D-принтер Rokit Dr. INVIO 4D2

Южнокорейский производитель 3D-принтеров Rokit начал разработку 3D-принтера для биопечати в 2015 году. Спустя год компания представила свою первую модель Dr. INVIVO.

Технические характеристики Dr. INVIVO 4D2

На сегодняшний день Dr. INVIVO 4D2 — один из самых совершенных и высокотехнологичных серийных 3D-биопринтеров в мире.

Технические характеристики Rokit Dr. INVIO 4D2

Задачи, решаемые Dr. INVIVO 4D2

Dr. INVIVO позволяет создавать универсальные трехмерные клеточные структуры из биочернил и гидрогелей, заполняя ими каркасы из синтетических биополимеров PCL, PLGA, PLLA.

Создание клеточной структуры при помощи Rokit Dr. INVIO 4D2

Конструкция биопринтера Dr. INVIVO 4D2

Rokit Dr. INVIVO имеет модульную конструкцию. Пользователи могут выбрать два из трех типов форсунок — экструдер, механический дозатор или пневматический дозатор горячего расплава — с дополнительной функцией контроля температуры до 350 градусов Цельсия, что позволяет печатать материалами, которые недоступны в других известных биопринтерах.

Пользователям доступны три вида форсунок

Особенности рабочей камеры Dr. INVIVO 4D2

Принтер гарантирует стерильную среду. Устройство сконструировано как закрытая система и оснащена воздушным фильтром HEPA класса H14. Ультрафиолетовые лампы с длиной волны 253 нанометра обеспечивают полную стерилизацию рабочей камеры во время работы.

HEPA-фильтр Rokit Dr. INVIO 4D2

Интерфейсы Dr. INVIVO 4D2

Пользователи могут загружать, скачивать и печатать 3D-файлы либо через сети Wi-Fi и Ethernet, либо с USB-носителей. Для настройки режимов работы можно использовать сенсорный экран биопринтера. Процесс печати удобно контролировать при помощи встроенной видеокамеры с компьютера, планшета и даже смартфона через специальное приложение от Rokit, которое поставляется вместе с принтером.

Интерфейсные разъемы Rokit Dr. INVIO 4D2

Настройка параметров биопринтера через сенсорный экран

Дополнительная информация о Dr. INVIVO 4D2

Внутреннее пространство Rokit Dr. INVIO 4D2 - справа располагается видеокамера для удаленного контроля процесса печати

Все необходимые расходные материалы для 3D-принтеров Dr. INVIVO производит одно из подразделений компании Rokit. В ассортимент входят фирменные биофиламенты PLGA, PLLA, PCL и фотоотверждаемые биочернила Invivogel на основе желатина для печати широкого спектра мягких трехмерных клеточных структур с помощью дозаторов.

Один из биофиламентов компании Rockit

Заключение специалистов, итоги

ЮАН_2:

Достоинством биопринтера Dr. INVIVO 4D является сочетание хороших технических характеристик, простого в использовании интерфейса и доступной цены.

Первые результаты печати в лаборатории на INVIO 4D2

Надеемся, что с помощью данного прибора мы сможем воссоздать in vitro структуры, которые бы имитировали нативную ткань.

T3DG:

Однако, как признает руководство Лаборатории, освоение биопринтера потребовало бОльших усилий, чем это ожидалось изначально. Работа с 3D-принтером для биопечати требует от специалистов совершенно нового подхода, объединяющего знания на стыке нескольких научных дисциплин.

ВЕЮ_2:

Прибор непростой, сложный, ожидать от него быстрых результатов, как мы уже сейчас понимаем, не стоит. Но у нас уже есть первые попытки, довольно успешные, удачные. Появился материал для публикации, кое-что опубликовано. Одна из аспиранток нашла интересное направление в работе с биопринтером при создании кондуита для регенерации перефиреческих нервов. Второе направление — раневые покрытия, которые должна обладать определенными свойствами, характеристиками. Можно попробовать напечатать раневое покрытие для ожоговых ран. Третье направление — получение костных имплантатов на основе жестких каркасов и сведения этих гелевых структур с клетками.

Опытные образцы раневых покрытий

Прототипы костных имплантатов

Top 3D Shop предоставляет официальную гарантию на всё предлагаемое оборудование и предлагает профессиональное гарантийное и послегарантийное обслуживание техники опытными инженерами компании.