Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

5 Makmal yang Menggunakan Percetakan 3D untuk Projek Biohacking

Versi asal artikel ini,Prototaip dengan Sel Hidup,berlari sebagai ansuran dalam satu siri mengenai keadaan biohacking oleh Biohacking Safari. Versi ini di bawah terdapat dalam Buat: Vol. 56.


Jambatan terbesar antara dunia pembuat dan dunia biohackers mungkin pencetak 3D yang hebat. Perbezaan utama adalah dengan menggunakan plastik, mereka menggunakan biomaterial untuk membina struktur tiga dimensi, dan menggunakan bioinks khusus yang diperbuat daripada sel hidup untuk mencetak mesej dan corak.

Sel-sel manusia berbudaya ke dalam kepingan epal yang terurai (kiri) dan epal diukir ke dalam bentuk telinga (kanan) dari Pelling Labs. Gambar oleh Bonnie Findley

Bagaimana Bioprinting BioCurious Bermula

Baca artikel dari majalah di sini Buat:. Tidak mempunyai langganan lagi? Dapatkan satu hari ini.

BioCurious adalah perhentian mandatori di kalangan komuniti biohacker di Amerika Utara. Ruang perintis ini, yang terletak di Sunnyvale, California, menjadi tuan rumah beberapa orang hebat yang bekerjasama dalam projek DIY BioPrinter. Pengembaraan bioprinting mereka bermula pada tahun 2012, ketika mereka mengadakan pertemuan pertama mereka. Menurut Patrik D'haeseleer, yang mengetuai projek itu dengan Maria Chavez, mereka sedang mencari projek kemasyarakatan yang boleh membawa orang-orang baru ke angkasa dan membiarkan mereka dengan cepat bekerjasama. Tiada seorang pun daripada pemimpin projek mempunyai aplikasi bioprinting tertentu dalam fikiran, atau mereka tidak mempunyai pengetahuan sebelumnya tentang bagaimana untuk membina jenis pencetak ini. Namun, ia kelihatan seperti teknologi yang boleh didekati dengan mudah.

"Anda hanya boleh mengambil pencetak inkjet komersial. Ambil kartrij inkjet dan potong atas dasarnya. Kosongkan dakwat dan letakkan sesuatu yang lain di sana. Sekarang anda boleh mula mencetak dengan itu, "jelas D'haeseleer.

Kumpulan BioCite bermula dengan mencetak pada penapis kopi besar, menggantikan dakwat dengan arabinose, yang merupakan gula tumbuhan semulajadi. Kemudian mereka meletakkan kertas penapis di atas budaya bakteria E. coli diubahsuai secara genetik untuk menghasilkan protein pendarfluor hijau di hadapan arabinose. Sel-sel mula bercahaya di mana arabinose dicetak.

Mengubah pencetak komersil untuk ini, seperti yang mereka lakukan, memberikan cabaran. "Anda mungkin perlu membalikkan mesin pencetak atau membongkar mesin pengendalian kertas untuk dapat melakukan apa yang anda inginkan," kata D'haeseleer.

Kejayaan utama pertama dengan BioPhit $ 150 DIY BioPrinter: E. coli neon yang dicetak pada agar dengan printhead inkjet. Foto oleh Patrik D'haeseleer

Jadi kumpulan itu memutuskan untuk membina bioprinter mereka sendiri dari awal. Versi kedua mereka menggunakan motor stepper dari pemacu CD, kartrij inkjet sebagai kepala cetak, dan perisai Arduino sumber terbuka untuk memandu - bioprinter DIY untuk hanya $ 150 yang boleh anda dapati di Instructables.

Cabaran seterusnya dan masih lagi berkaitan dengan konsistensi dakwat. Kartrij komersil berfungsi dengan dakwat yang cukup berair. Tetapi bioink memerlukan lebih banyak bahan seperti gel dengan kelikatan yang tinggi.Kumpulan DIY BioPrinter telah bereksperimen dengan reka bentuk pam jarungan yang berbeza yang membolehkan mereka menyuntik sejumlah kecil cecair likat melalui "kepala cetakan bio."

Pencetak awal BioCurious: pam suntikan $ 11 dipasang pada platform yang dibuat dari pemacu DVD. Foto oleh Patrik D'haeseleer

Bergerak ke 3D

Bermula dengan platform 3D yang sedia ada kelihatan seperti cara terbaik untuk melampaui corak 2D. Kumpulan pertama kali cuba mengubah suai pencetak 3D mereka yang sedia ada dengan menambah kepala cetak bio secara langsung di atasnya. Walau bagaimanapun, mesin komersil mereka memerlukan beberapa teknik pengubahsuaian yang sukar dan pengubahsuaian perisian untuk menyempurnakan proses tersebut. Selepas beberapa bulan, ini menyebabkan kematian.

Keluarga RepRap pencetak 3D mempengaruhi langkah seterusnya. Selepas membeli kit pencetak sumber terbuka yang berpatutan, pasukan bioprinting dapat menukar kepala cetakan plastik untuk kepala cetak dengan tiub fleksibel yang disambungkan kepada satu set pam jarungan pegun. Ianya berhasil.

Menukar RepRap ke platform BioPrinter 3D terbaru BioCurious, dengan Pam Syringe Terbuka. Gambar oleh Maria Chavez

"Masyarakat RepRap adalah benar-benar apa yang menjadikan keseluruhan cetakan revolusi 3D mungkin," kata D'haeseleer.

Tidak lama kemudian ada masyarakat di sekitar bioprinting 3D, bermain di rumah dan di biohackerspaces seperti BioCurious, BUGSS, dan Hackteria, semua berkongsi eksperimen mereka.

Bekerja Dengan Kehidupan

Grail bioprinting yang suci menghasilkan organ 3D untuk pemindahan. Bekerja dengan sel-sel manusia atau mamalia adalah kompleks. Anda perlu mempunyai seseorang di dalam makmal setiap hari menjaga sel-sel dan menjaga segala-galanya sebagai steril yang mungkin. Kerana halangan-halangan ini, projek jangka panjang kumpulan BioPrinter sekarang adalah untuk mewujudkan organ tumbuhan fungsional-bukti konsep dan membawanya ke photosynthesize. Ini akan menjadi daun tiruan!

Tidak banyak kerja dengan sel tumbuhan, meningkatkan banyak peluang untuk penyelidikan. Anda perlu mencari jenis jenis sel yang akan anda gunakan, cara menyambungkannya bersama-sama, apa struktur 3D seperti daun, dan sebagainya. Menurut D'haeseleer, percetakan 3D dengan sel-sel tumbuhan lebih sesuai untuk komuniti DIY makmal daripada sel-sel mamalia sebenar.

Sama ada ia berfungsi atau tidak, minat di sini adalah untuk menguji perkara dan melihat bagaimana ia berkembang. Aplikasi komersial bukan satu-satunya tujuan untuk biohackers, walaupun beberapa saintis agak terkejut dengan potensi penyelidikan mereka.

"Kami tidak berorientasikan matlamat, seperti kita mahu memulakan permulaan bioprinting dan menjual produk, membuat berjuta-juta dolar ... Tidak ada terlalu banyak tumbuhan yang sangat memerlukan pemindahan daun! Kami mengambil bahagian dalam projek ini kerana ia adalah perkara yang menyeronokkan untuk dilakukan. Kami membuat beberapa kemajuan minggu demi minggu, "kata D'haeseleer.

Bioprinting 3D Dengan Sel Loji

Apabila mencetak dengan sel tumbuhan, langkah pertama ialah mencari bahan di mana sel-sel akan diadakan di tempatnya sehingga mereka tumbuh dan membuat sambungan. Beberapa eksperimen semasa di BioCurious menggunakan bahan seperti gel yang dipanggil alginate, yang mempunyai ciri-ciri yang sangat menarik. Natrium alginat larut dalam air, tetapi likat manakala kalsium alginat menguatkan serta-merta. Ia sama dengan teknik spherification yang dilihat dalam sains makanan, di mana titisan pepejal penuh dengan cecair di bahagian dalam (lihat teknik spherification minyak sejuk ini yang boleh anda buat sebagai topping bruschetta).

Menguji alginat sebagai Bioink yang boleh dipercayai dan dapat diakses bioink pada BioCurious. Gambar oleh Maria Chavez

Reka bentuk pam jarring diuji sekarang, semua menggunakan perbandingan yang sama: satu pam jarungan mengandungi sel dalam larutan alginat, dan yang kedua mengandungi kalsium klorit. Apabila kedua-dua bahan tersebut bersentuhan, strukturnya menjadi kuat. Kemudian anda sebenarnya mencetak padat dengan sel tertanam. Pengoptimuman sedang dijalankan.

Cabaran lain ialah menentukan apa jenis sel diperlukan. "Sekiranya kita membezakan semua sel terlebih dahulu dan mencetak sel-sel di mana kita fikir mereka harus pergi? Sekiranya kita mencetak sel-sel yang tidak dibezakan dan faktor-faktor pertumbuhan pada masa yang sama untuk membezakan dan menyusun semula in situ? "Persoalannya masih terbuka untuk D'haeseleer. Kumpulan DIY bereksperimen dengan jenis sel yang pelbagai dan tidak mengesyorkan menggunakan sel lobak sebagai orang biasa lakukan. Sel stem ini tidak dibezakan, yang bermaksud mereka boleh menimbulkan pelbagai jenis sel di bawah keadaan yang baik, tetapi mereka sering tercemar.

Gumpalan gel alginat berlapis tangan yang tersemperit dibuat di BioCurious. Gambar oleh Maria Chavez

Kumpulan Lain yang Bekerja pada Bioprinting

BUGSS - Baltimore

Tutup cetakan photopolymer yang dibuat dengan resin biocompatible BUGGS. BUGGS

Ruang Angkasa Bawah Tanah Baltimore kini sedang membangun satu panggilan platform 3DP.BIO yang bertujuan untuk menyambung saintis, jurutera, dan pereka untuk mempercepatkan penyelidikan dan pembangunan. Mereka memberi tumpuan kepada pencetak resin, membangunkan perisian kawalan bersama resin biokompat yang boleh digunakan untuk membuat perancah 3D untuk pertumbuhan sel.

London Biohackspace

JuicyPrint menggunakan G. hansenii dan jus untuk membuat bentuk berguna daripada selulosa bakteria. Gambar oleh Alasdair Allan

Mesin JuicyPrint London Biohackspace mencetak menggunakan Gluconacetobacter hansenii, bakteria yang mudah tumbuh dengan menggunakan jus buah sebagai sumber makanan. G. hansenii menghasilkan lapisan selulosa bakteria, biopolimer kuat dan sangat serba boleh. Walau bagaimanapun, bakteria telah diubahsuai secara genetik untuk menjadikannya tidak dapat menghasilkan selulosa di bawah sumber cahaya. Dengan menyalakan corak cahaya yang berbeza ke lapisan berturut-turut budaya, struktur produk akhir dapat dimanipulasi, menghasilkan bentuk berguna yang dibuat dari selulosa.

Pelling Lab

Pelling Lab "Telinga Apple" semasa proses penyusutan semula. Gambar oleh Andrew Pelling

Cara lain untuk membesar tisu atau organ adalah dengan menggunakan struktur 3D yang sedia ada sebagai perancah untuk sel. Andrew Pelling menerangkan prosesnya: "Anda memotong epal, mencucinya dengan sabun dan air, kemudian sterilkannya. Yang tersisa adalah selulosa yang halus ke dalam mana anda boleh menyuntik sel-sel manusia - dan mereka bertumbuh. "Makmalnya kini melakukan itu untuk mengembangkan prototaip telinga manusia.

Makmal Budaya Kaunter

Hamba Kebudayaan Counter Counter hanya mempunyai tisu penghubung - semua bahan selular dikeluarkan. Gambar oleh Patrik D'haeseleer

Kenapa cetakan 3D apabila anda boleh menggunakan borang berbentuk? Contohnya, contoh yang mengejutkan mengenai projek jantung babi dari Oakland, Labs Culture Counter California.

Mereka membuatnya dengan melepaskan semua sel dari organ penderma - hati babi - hanya meninggalkan tisu penghubung untuk menjadikannya organ "hantu". Kemudian, idea itu adalah untuk mengembalikan semula sel-sel yang mereka mahu berkembang.

Kongsi

Meninggalkan Komen