3Д Биопринтинг Рус

Название проекта: 3Д Биопринтинг

Кластер: БИОМЕД

Технологические тэги, ключевые слова: 3Д Биопринтинг, биофабрикация, аддитивные технологии, биопечать, регенеративная медицина, клеточная биология, трехмерные конструкты, гидрогели

Название: Технология трехмерной биопечати с использованием биопринтера FABION

Краткое описание: 

Трехмерная биопечать - это послойная роботизированная биофабрикация функциональных трехмерных тканевых и органных конструкций на основе цифровой модели с использованием живых клеток в качестве печатного материала.
Технология трехмерного биопринтинга состоит из трех последовательных стадий:
На первой стадии - этапе предварительной обработки, (или пре-процессинга) создается трехмерная виртуальная модель конструкта. Специально разработанное программное обеспечение FABION позволяет как создавать цифровые модели «с нуля», так и импортировать их из других систем моделирования трехмерных объектов. 
Вторая стадия - это этап печати или процессинг, представляющий собой диспенсирование клеток и тканевых сфероидов с помощью биопринтера, управляемого компьютером. «Биобумагой» служат биосовместимые натуральные или синтетические гидрогели.

Преимущество технологии:

Использование технологии 3Д биопечати позволяет получать трехмерные конструкты с высокой степенью атоматизации и стандартизации. Не требуется наличие "мертвого" объема, что существенно снижает стоимсоть получения конструктов.

Применения технологии:

На сегодняшний день технология трехмерной биопечати активно применяется в фармацевтической отрасли: для проведения испытаний фармакологических препаратов создаются трехмерные конструкты из различных типов клеток. Технология имеет следующие практические применения: Предиктивная токсикология и фармакология
ADME (всасывание, распределение, метаболизм 
и выведение токсических соединений)
Эффективность

Моделирование патологий:

Воспаление
Генетические заболевания
Опухолевый рост, метастазы, инвазия
Фиброз

Детальное описание технологии:

Технология трехмерного биопринтинга состоит из трех последовательных стадий:
На первой стадии - этапе предварительной обработки, (или пре-процессинга) создается трехмерная виртуальная модель конструкта. Специально разработанное программное обеспечение FABION позволяет как создавать цифровые модели «с нуля», так и импортировать их из других систем моделирования трехмерных объектов. 
Вторая стадия - это этап печати или процессинг, представляющий собой диспенсирование клеток и тканевых сфероидов с помощью биопринтера, управляемого компьютером. «Биобумагой» служат биосовместимые натуральные или синтетические гидрогели.

При запуске биопечати задаются различные параметры, основными из которых являются: заданное расстояние между сфероидами; их позиционирование на «сетке координат», порядок движения форсунок биопринтера, скорость и объем диспенсируемых биобумаги и биочернил.
Дополнительно возможна настройка времени и мощности работы источника УФ-излучения. Точность позиционирования составляет 5 микрометров, что является очень высоким показателем.
Контроль процесса биопечати может осуществляться в реальном времени посредством встроенной цифровой видеокамеры.
Стерильность процесса обеспечивается размещением биопринтера в стерильном боксе, оснащенным специальными системами для поддержания оптимальной и комфортной среды при работе с живыми клетками. 
Третьей стадией технологии биопечати является стадия дозревания конструкта (так называемый постпроцессинг). 
Данный этап может происходить в перфузионном биореакторе и является по сути ускоренным созреванием напечатанной трехмерной конструкции. Биореактор при этом должен быть адаптирован для конкретной структуры конструкта, а также должны быть определены факторы, ускоряющие созревание напечатанного объекта.

Биопринтер FABION содержит в общей сложности 5 форсунок, 3 из которых предназначены для биочернил. В каждой форсунке могут быть размещены либо тканевые сфероиды различного типа и диаметра, либо клетки, заключенные в геле. 2 других форсунки предназначены для биобумаги – различных вариантов гидрогелей. Возможны такие методы нанесения биобумаги, как распыление и диспенсирование, что также подтверждает мультифункциональность биопринтера FABION. При этом управляющее процессом биопечати программное обеспечение, позволяет использовать разное количество форсунок в различной комбинации.

FABION — первый отечественный 3D биопринтер оригинальной конструкции и дизайна, позволяющий точно распределять тканевые сфероиды (биочернила) в последовательных слоях гидрогеля (биобумага) согласно заданной цифровой модели. Уникальное техническое, дизайнерское и инженерное решение, разработанное в Лаборатории «3Д Биопринтинг Солюшенс», делают биопринтер универсальным. Предназначение этого аппаратно- программного комплекса — печать живого функционального трехмерного тканевого органного конструкта. Оригинальное техническое и инженерное решение базируется на особенностях собственной технологии 3D биопечати. FABION превосходит по ряду параметров существующие в мире в настоящее время коммерческие биопринтеры. •Мультифункциональность. Биопринтер FABION позволяет использовать все известные методы и способы трехмерной биопечати. • Уникальное устройство полимеризации гидрогелей (биобумаги) с использованием УФ-излучения не контактирует со сфероидами и клетками, и соответственно не повреждает ДНК клетки, в отличие от существующих в мире инженерных решений систем полимеризации, воплощенных в существующих коммерческих биопринтерах.
• Комбинаторность: возможность комбинировать между собой различные вариации методов биопечати, способов нанесения, материалов. Широкий перечень управляемых программным обеспечением параметров биопечати дополняет определение комбинаторности.
• Точность. Разрешающая способность печати биопринтера соответствует самым высоким требованиям стандартов ISO.
• Система перемещения по осям Х-Y-Z выполнена с обратной связью, что позволяет размещать форсунки биопринтера с точностью 5 микрометров и тем самым точно воспроизводить заданную цифровую модель.
• Компактность. Г-образный дизайн печатающей системы настоящего биопринтера обеспечивает достаточное пространство для размещения форсунок.
• Контроль. Процессы трехмерной печати контролируются в режиме реального времени при помощи цифровой камеры, встроенной в биопринтер.

Биопринтер FABION содержит в общей сложности 5 форсунок, 3 из которых предназначены для биочернил. В каждой форсунке могут быть размещены либо тканевые сфероиды различного типа и диаметра, либо клетки, заключенные в геле. 2 других форсунки предназначены для биобумаги – различных вариантов гидрогелей. Возможны такие методы нанесения биобумаги, как распыление и диспенсирование, что также подтверждает мультифункциональность биопринтера FABION. При этом управляющее процессом биопечати программное обеспечение, позволяет использовать разное количество форсунок в различной комбинации.
Разработанное программное обеспечение совместимо с различными программными комплексами трехмерного моделирования, позволяет работать с разными файловыми форматами полигонального моделирования.
Для запуска биопечати в программное обеспечение вносятся различные параметры, основными из которых являются:
• заданное расстояние между центрами сфероидов
• позиционирование сфероидов на «сетке координат»
• расстояния между позициями форсунок для печати по осям Х-Y-Z
• порядок движения форсунок биопринтера (каждой клетке системы координат задается движение конкретной форсунки биопринтера с конкретным материалом)
• Скорость
• Объем диспенсируемых биобумаги и биочернил

Дополнительно может быть настроен широкий выбор вводных, например, такие как время и мощность работы УФ-источника.

Рисунки и фотографии:

Номер международной заявки: PCT/RU2015/000505 

Название заявки: Устройство и способы печати биологических тканей и органов

Дата подачи заявки: 12.08.2015

Краткое описание заявки (Реферат):

Изобретение относится к медицине и биологии, а именно, к средствам искусственного создания биологических тканей и органов, и может быть использовано в биотехнологии, биоинженерии, тканевой инженерии, регенеративной медицине, 3Д печати биологических тканей и органов.
Сущность изобретения заключается в разработке способа печати биологических тканей и органов, а также устройства для его осуществления. Предлагаемое устройство содержит, по крайней мере, 
- платформу для печати, 
- модуль печати биочернилами, содержащий, по меньшей мере, одну форсунку, выполненную с возможностью дозирования биочернил,
- модуль печати гелеобразующей композицией, содержащий УФ-модуль и, по меньшей мере, одну форсунку, выполненную с возможностью дозирования полимеризующейся под действием УФ излучения гелеобразующей композиции, и
- модуль относительного перемещения форсунок и/или платформы, 
и в котором модуль печати биочернилами отделен от модуля печати гелеобразующей композицией так, чтобы исключить попадание УФ-излучения на модуль печати биочернилами, а излучение УФ-модуля направлено преимущественно параллельно плоскости платформы для печати так, чтобы исключить попадание УФ-излучения на печатаемые биологические ткани и/или органы.
Технический результат заключается в создании многофункционального устройства, которое способно совмещать разные режимы печати, в обеспечении печати с высоким разрешением биологических тканей и органов на основе полимеризующегося под действием УФ излучения гидрогеля с высоким разрешением, а также в обеспечении защиты клеток от ультрафиолетового (УФ) излучения при печати.

Организация / Компания: Частное учреждение Лаборатория биотехнологических исследований «3Д Биопринтинг Солюшенс»

Страна: Россия