5 วัสดุชีวภาพกับการพิมพ์ 3 มิติ Bioprinting

Bioprinting เป็นเทคโนโลยีที่ถูกออกแบบให้ใช้กับเครื่อง 3D Printer สำหรับวัสดุกลุ่มชีวภาพ (Biomaterials) ซึ่งผลิตเป็นอุปกรณ์ทางการแพทย์ต่างๆ ให้ทำงานร่วมกับระบบในร่างกาย และมีความเข้ากันได้กับร่างกายมนุษย์โดยไม่ก่อให้เกิดอันตราย เพื่อช่วยชีวิตมนุษย์และสัตว์ ไม่ว่าจะเป็นเรื่องการรักษา การทดแทน และการเปลี่ยนอวัยวะบางส่วนให้ดีขึ้น การสร้างอวัยวะเทียม การปลูกถ่ายเนื้อเยื่อ ช่วยลดระยะเวลาการพักฟื้นของผู้ป่วย เยียวยาและยืดอายุขัยของมนุษย์และสัตว์ให้ยืนยาวขึ้นได้

Biomaterial วัสดุชีวภาพที่น่าสนใจ

วัสดุชีวภาพ ถูกผลิตออกมาให้สเมือนกับของเดิมด้วยการเลียนแบบทางธรรมชาติ วัตถุที่นำมาใช้จึงมีคุณภาพและมีความปลอดภัยสูง ปัจจุบันมีวัสดุชีวภาพหลายชนิด มีปริมาณการใช้งานมาก ทำให้มีราคาต่ำลง ทำให้การพัฒนาและวิจัยวัสดุชีวภาพสู่เชิงพาณิชย์เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เพื่อให้รักษาได้ครอบคลุมมากขึ้นจากเทคโนโลยี Bioprinting อย่างเช่นบริษัทชื่อดัง “Allevi” จำหน่ายวัสดุทางชีภาพมากมายหลายชนิด มาดูกันว่าตัวที่น่าสนใจมีอะไรบ้าง

1. Pluronic 127

Pluronic 127 หรือ Pluronic F127 เป็นวัสดุหมึกชีวภาพ หรือ bioink ที่สามารถใช้เป็น support ชั่วคราว สร้างเส้นเลือดทดแทน หรือหลอดเลือด ดังนั้นจึงไม่ได้ใช้ร่วมกับเซลล์โดยตรง แต่สำคัญมากในการพิมพ์ทางชีวภาพ หรือ Bioprinting

Pluronic ใช้ร่วมกับเมทริกซ์ bioink อื่นๆ เพื่อสร้างรูปทรงเรขาคณิตของหลอดเลือดภายในโครงสร้าง และเหมาะอย่างยิ่งกับระบบการพิมพ์ที่มีการสร้างเซล 2 หรือ 3 มิติมาเชื่อมต่อกัน (microphysiological systems) รวมถึงการบรรจุเซลล์อวัยวะที่ยังมีชีวิตของมนุษย์ไว้ในชิป (organ-on-a-chip) ด้วยจุดเด่นหลายประการ เช่น สามารถสร้างอุโมงค์หรือช่องว่างกลวงๆ ภายในเนื้อเยื่อได้ (Can create tunnels within a tissue), รักษารูปร่าง 3 มิติไว้ได้, มีความละเอียดสูง, รองรับการพิมพ์ 3 มิติได้ดี, เปลี่ยนกลับไปเป็นของเหลวเมื่อได้รับความร้อน (Thermally reversible) และอัตราเฉือนเพิ่มขึ้นแต่ความหนืดลดลง (Shear thinning)

2. GelMA

3D bioprinter
3d printer FDM

(https://www.allevi3d.com/product/gelatin-methacrylate-solution-sterile/)

GelMA หรือ Gelatin Methacrylate Solution – Sterile คือ bioink ที่ได้จากธรรมชาติ เป็นวัสดุที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในการพิมพ์ Bioprinting เนื่องจากคุณสมบัติทางชีวภาพและทางกลดีมาก GelMA สร้างลวดลายต้นแบบที่จับกับเซลล์ทำให้เข้ากันได้กับเซลล์ประเภทต่างๆ ไม่ว่าจะเป็น

  • ไฟโบรบลาสต์ (Fibroblast)
  • เซลล์ต้นกำเนิดมีเซนไคม์ (Mesenchymal Stem Cells: MSCs)
  • เซลล์กล้ามเนื้อลาย (myoblasts)
  • เซลล์กระดูกอ่อน (chondrocytes)

และอื่น ๆ ถูกนำมาใช้ร่วมกับไฮโดรเจลนี้เพื่อสร้างแบบจำลองเนื้อเยื่อ 3 มิติด้วยวิธี Bioprinting ได้สำเร็จ

3. Sodium alginate

โซเดียมอัลจิเนต โครงสร้างเป็นเกลืออนินทรีย์ของกรดอัลจินิก (alginic acid) เป็นเกลือที่เป็นกลาง ซึ่งหมู่คาร์บอกซิล (carboxyl groups) ของอัลจิเนตถูกยึดด้วยโซเดียมไอออน กรดอัลจินิกไม่ละลายในน้ำ แต่โซเดียมอัลจิเนตสามารถละลายได้ทั้งในน้ำเย็นและน้ำร้อน เพื่อให้ได้สารละลายที่มีความหนืด โดยการเติมแคลเซียมไอออนลงในสารละลายโซเดียมอัลจิเนต แคลเซียมไอออนจะทำปฏิกิริยากับอัลจิเนตทันทีเพื่อสร้างเจล หรือไฮโดรเจลได้เมื่อสัมผัสกับไอออนบวกที่แยกจากกัน เช่น Ca2+ หรือ Br2 +
จุดเด่นคือ ต้นทุนต่ำและความเป็นพิษต่ำเป็นคุณสมบัติสำคัญที่ทำให้โซเดียมอัลจิเนตเป็นหนึ่งในวัสดุชีวภาพที่น่าสนใจ ใช้เพียงอย่างเดียวหรือใช้ร่วมกับพอลิเมอร์อื่นๆ เพื่อให้ได้คุณสมบัติเฉพาะที่เหมาะสมกับ Bioprinting

4. Lifeink 200

material bioprinting
3d bioprinter

(https://www.allevi3d.com/product/collagen-lifeink-200/)

Bioprinting สำหรับการพิมพ์ด้วยวัดุชีวภาพ Lifeink 200 หรือ Collagen Lifeink 200 คือหมึกชีวภาพ ที่เรียกว่า bioink ช่วยให้สามารถศึกษาผลของคุณสมบัติเชิงกลของมทริกซ์ที่อยู่นอกเซลล์ (extracellular matrix, ECM) เช่น ความหนาแน่นและความแข็งต่อการพัฒนาเซลล์, การเคลื่อนย้าย (migration) และสัณฐานวิทยา ซึ่งแตกต่างจากระบบ 2 มิติ สภาพแวดล้อมแบบ Bioprinting 3 มิติช่วยให้ส่วนขยายของเซลล์โต้ตอบกับกลุ่มโปรตีนที่ฝังอยู่เนื้อผิวเปลือกเซลล์ (integrins) ทั้งหมดพร้อมกัน ซึ่งความแข็งของเจลยังส่งผลต่อการย้ายเซลล์ที่แตกต่างกันในสภาพแวดล้อม 3 มิติและ 2 มิติ ข้อดีคือ สามารถพิมพ์เป็นรูปทรง 3 มิติที่ซับซ้อนได้ สร้างโครงสร้างที่แข็งแรง ซึ่งช่วยให้เกิดการอยู่รอดและการเติบโตของเซลล์ใน pH ที่เป็นกลาง เป็นความปลอดภัยกับเซลล์และใช้งานได้สะดวก

5. PhotoHA

Bioprinting ที่ใช้วัสดุชีวภาพ PhotoHA หรือ Methacrylated hyaluronic acid (HAMA) สำหรับเป็นไบโอเมทริกซ์ (Bio matrix) มีลักษณะเป็นไฮโดรเจลที่เชื่อมต่อด้วยแสง (photocrosslink) ไฮโดรเจลนี้มีคุณสมบัติเฉพาะที่ต้องเตรียมที่ความเข้มข้นต่างๆ และเชื่อม (crosslink) ด้วยรังสี UV เพื่อให้เจลมีความแข็ง โดยทั่วไปกรดไฮยาลูโรนิก (Hyaluronic acid – HA) เป็นอีกหนึ่งองค์ประกอบที่มีอยู่มากมายในเนื้อเยื่อต่างๆ ในร่างกายมนุษย์ตั้งแต่ผิวหนัง กระดูกอ่อนไปจนถึงสมอง ทำหน้าที่ควบคุมกระบวนการต่างๆ เช่น การเคลื่อย้ายเซลล์ (migration), การแบ่งแยกเซลล์ (differentiation) และการแพร่กระจาย (proliferation) ดังนั้นการเลือกใช้วัสดุชีวภาพอย่างเหมาะสม เช่น PhotoHA เพื่อสร้างโครงร่างต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับทางชีวภาพ จะสามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพช่องทางของเซลล์ได้เป็นอย่างดี

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Share on facebook
Facebook
Share on google
Google+
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on pinterest
Pinterest

สนใจเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

เรามีเครื่องที่ตอบโจทย์การใช้งานทุกประเภท ตั้งแต่บุคคลเริ่มต้นจนไปถึงอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ พร้อมให้คำแนะนำการใช้งาน และวัสดุที่เหมาะสม เพื่อให้คุ้มค่าการลงทุนมากที่สุด

ติดตามข่าวสารและบทความ

บทความน่าสนใจอื่นๆ