5 วัสดุชีวภาพกับการพิมพ์ 3 มิติ (Bioprinting)

Pluronic 127 หรือ Pluronic F127 เป็นวัสดุหมึกชีวภาพ หรือ bioink ที่สามารถใช้เป็นวัสดุรองรับชั่วคราว (support) ในการสร้างเส้นเลือดทดแทนหรือหลอดเลือด ไม่ได้ใช้ร่วมกับเซลล์โดยตรง แต่มีความสำคัญอย่างยิ่งในการพิมพ์ทางชีวภาพ (Bioprinting) โดยใช้ร่วมกับเมทริกซ์ bioink อื่น ๆ เพื่อสร้างรูปทรงเรขาคณิตของหลอดเลือดภายในโครงสร้าง และเหมาะอย่างยิ่งกับระบบการพิมพ์ที่มีการสร้างเซลล์แบบ 2 หรือ 3 มิติมาเชื่อมต่อกัน (microphysiological systems) รวมถึงการบรรจุเซลล์อวัยวะที่ยังมีชีวิตของมนุษย์ไว้ในชิป (organ-on-a-chip) ด้วยจุดเด่นหลายประการ เช่น สามารถสร้างอุโมงค์หรือช่องว่างภายในเนื้อเยื่อได้ (Can create tunnels within a tissue) รักษารูปร่าง 3 มิติไว้ได้ มีความละเอียดสูง รองรับการพิมพ์ 3 มิติได้ดี เปลี่ยนกลับไปเป็นของเหลวเมื่อได้รับความร้อน (Thermally reversible) และมีคุณสมบัติความหนืดลดลงเมื่อมีอัตราเฉือนสูงขึ้น (Shear thinning)

 

GelMA

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

 

GelMA หรือ Gelatin Methacrylate Solution – Sterile คือ bioink ที่ได้จากธรรมชาติ เป็นวัสดุที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในการพิมพ์ Bioprinting เนื่องจากมีคุณสมบัติทางชีวภาพและทางกลที่ดีมาก GelMA สร้างลวดลายต้นแบบที่สามารถยึดเกาะกับเซลล์ได้ ทำให้เข้ากันได้ดีกับเซลล์หลากหลายประเภท ไม่ว่าจะเป็น

• ไฟโบรบลาสต์ (Fibroblast)
  
• เซลล์ต้นกำเนิดมีเซนไคม์ (Mesenchymal Stem Cells: MSCs)
  
• เซลล์กล้ามเนื้อลาย (Myoblasts)
  
• เซลล์กระดูกอ่อน (Chondrocytes)
  

และอื่น ๆ ซึ่งถูกนำมาใช้ร่วมกับไฮโดรเจลนี้เพื่อสร้างแบบจำลองเนื้อเยื่อ 3 มิติด้วยวิธี Bioprinting ได้สำเร็จ

 

Sodium Alginate

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

 

โซเดียมอัลจิเนตมีโครงสร้างเป็นเกลืออนินทรีย์ของกรดอัลจินิก (alginic acid) ซึ่งเป็นเกลือที่มีสภาพเป็นกลาง โดยที่หมู่คาร์บอกซิล (carboxyl groups) ของอัลจิเนตจะถูกยึดด้วยโซเดียมไอออน แม้ว่ากรดอัลจินิกจะไม่ละลายในน้ำ แต่โซเดียมอัลจิเนตสามารถละลายได้ทั้งในน้ำเย็นและน้ำร้อนเพื่อให้ได้สารละลายที่มีความหนืด โดยเมื่อเติมแคลเซียมไอออนลงในสารละลายโซเดียมอัลจิเนต แคลเซียมไอออนจะทำปฏิกิริยากับอัลจิเนตทันทีเพื่อสร้างเจลหรือไฮโดรเจลเมื่อสัมผัสกับไอออนบวก เช่น Ca2+ หรือ Br2+ จุดเด่นของวัสดุนี้คือต้นทุนต่ำและความเป็นพิษต่ำ ซึ่งเป็นคุณสมบัติสำคัญที่ทำให้โซเดียมอัลจิเนตเป็นหนึ่งในวัสดุชีวภาพที่น่าสนใจ โดยสามารถใช้เพียงอย่างเดียวหรือใช้ร่วมกับพอลิเมอร์อื่น ๆ เพื่อให้ได้คุณสมบัติเฉพาะที่เหมาะสมกับงาน Bioprinting

 

Lifeink 200

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

 

Lifeink 200 หรือ Collagen Lifeink 200 คือ bioink ที่ช่วยให้สามารถศึกษาผลของคุณสมบัติเชิงกลของเมทริกซ์ภายนอกเซลล์ (extracellular matrix, ECM) เช่น ความหนาแน่นและความแข็งที่มีต่อการพัฒนาของเซลล์ การเคลื่อนย้าย (migration) และสัณฐานวิทยา ซึ่งแตกต่างจากระบบ 2 มิติ สภาพแวดล้อมแบบ Bioprinting 3 มิติช่วยให้เซลล์โต้ตอบกับกลุ่มโปรตีนที่ฝังอยู่บนผิวเซลล์ (integrins) ได้ทั้งหมดพร้อมกัน โดยความแข็งของเจลยังมีผลต่อการเคลื่อนย้ายเซลล์ที่แตกต่างกันในสภาพแวดล้อม 3 มิติและ 2 มิติ ข้อดีคือ สามารถพิมพ์เป็นรูปทรง 3 มิติที่ซับซ้อนได้ สร้างโครงสร้างที่แข็งแรง ซึ่งช่วยให้เซลล์สามารถรอดชีวิตและเติบโตได้ในค่า pH ที่เป็นกลาง จึงมีความปลอดภัยต่อเซลล์และใช้งานได้สะดวก

 

PhotoHA

https://www.allevi3d.com

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

 

PhotoHA หรือ Methacrylated Hyaluronic Acid (HAMA) เป็นวัสดุชีวภาพสำหรับใช้เป็นไบโอเมทริกซ์ (Bio matrix) ซึ่งมีลักษณะเป็นไฮโดรเจลที่เชื่อมต่อด้วยแสง (photocrosslink) ไฮโดรเจลชนิดนี้มีคุณสมบัติเฉพาะที่ต้องเตรียมในความเข้มข้นที่เหมาะสมและเชื่อมพันธะ (crosslink) ด้วยรังสี UV เพื่อให้เจลมีความแข็ง โดยทั่วไปกรดไฮยาลูโรนิก (Hyaluronic acid – HA) เป็นองค์ประกอบที่มีอยู่มากมายในเนื้อเยื่อต่าง ๆ ของร่างกายมนุษย์ ตั้งแต่ผิวหนัง กระดูกอ่อน ไปจนถึงสมอง ทำหน้าที่ควบคุมกระบวนการต่าง ๆ เช่น การเคลื่อนย้ายเซลล์ (migration) การแบ่งแยกเซลล์ (differentiation) และการเพิ่มจำนวนเซลล์ (proliferation) ดังนั้น การเลือกใช้วัสดุชีวภาพอย่างเหมาะสม เช่น PhotoHA เพื่อสร้างโครงร่างต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องทางชีวภาพ จะสามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและสร้างช่องทางให้เซลล์เจริญเติบโตได้เป็นอย่างดี