5 วัสดุชีวภาพกับการพิมพ์ 3 มิติ Bioprinting

Pluronic 127 หรือ Pluronic F127 เป็นวัสดุหมึกชีวภาพ หรือ bioink ที่สามารถใช้เป็น support ชั่วคราว สร้างเส้นเลือดทดแทนหรือหลอดเลือด ไม่ได้ใช้ร่วมกับเซลล์โดยตรง แต่สำคัญมากในการพิมพ์ทางชีวภาพ หรือ Bioprinting ใช้ร่วมกับเมทริกซ์ bioink อื่น ๆ เพื่อสร้างรูปทรงเรขาคณิตของหลอดเลือดภายในโครงสร้าง และเหมาะอย่างยิ่งกับระบบการพิมพ์ที่มีการสร้างเซลล์ 2 หรือ 3 มิติมาเชื่อมต่อกัน (microphysiological systems) รวมถึงการบรรจุเซลล์อวัยวะที่ยังมีชีวิตของมนุษย์ไว้ในชิป (organ-on-a-chip) ด้วยจุดเด่นหลายประการ เช่น สามารถสร้างอุโมงค์หรือช่องว่างกลวง ๆ ภายในเนื้อเยื่อได้ (Can create tunnels within a tissue) รักษารูปร่าง 3 มิติไว้ได้ มีความละเอียดสูง รองรับการพิมพ์ 3 มิติได้ดี เปลี่ยนกลับไปเป็นของเหลวเมื่อได้รับความร้อน (Thermally reversible) และอัตราเฉือนเพิ่มขึ้นแต่ความหนืดลดลง (Shear thinning)

GelMA

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

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

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

และอื่น ๆ ถูกนำมาใช้ร่วมกับไฮโดรเจลนี้เพื่อสร้างแบบจำลองเนื้อเยื่อ 3 มิติด้วยวิธี Bioprinting ได้สำเร็จ

Sodium Alginate

https://www.allevi3d.com/product/sodium-alginate/

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

Lifeink 200

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

Bioprinting สำหรับการพิมพ์ด้วยวัดุชีวภาพ Lifeink 200 หรือ Collagen Lifeink 200 คือ หมึกชีวภาพ 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 ข้อดี คือ สามารถพิมพ์เป็นรูปทรง 3 มิติที่ซับซ้อนได้ สร้างโครงสร้างที่แข็งแรง ซึ่งช่วยให้เกิดการอยู่รอดและการเติบโตของเซลล์ใน pH ที่เป็นกลาง เป็นความปลอดภัยกับเซลล์และใช้งานได้สะดวก

PhotoHA

https://www.allevi3d.com

https://advancedbiomatrix.com/photoha-uv.html

Bioprinting ที่ใช้วัสดุชีวภาพ PhotoHA หรือ Methacrylated hyaluronic acid (HAMA) สำหรับเป็นไบโอเมทริกซ์ (Bio matrix) มีลักษณะเป็นไฮโดรเจลที่เชื่อมต่อด้วยแสง (photocrosslink) ไฮโดรเจลนี้มีคุณสมบัติเฉพาะที่ต้องเตรียมที่ความเข้มข้นต่าง ๆ และเชื่อม (crosslink) ด้วยรังสี UV เพื่อให้เจลมีความแข็ง โดยทั่วไปกรดไฮยาลูโรนิก (Hyaluronic acid – HA) เป็นอีกหนึ่งองค์ประกอบที่มีอยู่มากมายในเนื้อเยื่อต่าง ๆ ในร่างกายมนุษย์ตั้งแต่ผิวหนัง กระดูกอ่อนไปจนถึงสมอง ทำหน้าที่ควบคุมกระบวนการต่าง ๆ เช่น การเคลื่อนย้ายเซลล์ (migration) การแบ่งแยกเซลล์ (differentiation) และการแพร่กระจาย (proliferation) ดังนั้น การเลือกใช้วัสดุชีวภาพอย่างเหมาะสม เช่น PhotoHA เพื่อสร้างโครงร่างต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับทางชีวภาพ จะสามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพช่องทางของเซลล์ได้เป็นอย่างดี