| کد مقاله | کد نشریه | سال انتشار | مقاله انگلیسی | نسخه تمام متن |
|---|---|---|---|---|
| 5309 | 366 | 2016 | 23 صفحه PDF | دانلود رایگان |
عنوان انگلیسی مقاله ISI
A comprehensive review on droplet-based bioprinting: Past, present and future
ترجمه فارسی عنوان
مروری جامع بر چاپ زیستی مبتنی بر قطره: گذشته، حال، و آینده
همین الان دانلود کنید
دانلود مقاله ISI انگلیسی
رایگان برای ایرانیان
کلمات کلیدی
چاپ زیستی ؛ چاپ زیستی مبتنی بر قطره ؛ چاپ زیستی جوهر افشان؛ چاپ زیستی الکتروهیدرودینامیک؛ چاپ زیستی صوتی؛ چاپ زیستی میکرو دریچه
فهرست مطالب مقاله
چکیده
کلمات کلیدی
1. مقدمه
2. چاپ زیستی قطره ای
2.1 روش های چاپ زیستی قطره ای
2.1.1. چاپ زیستی جوهرافشان
2.1.1.1. چاپ زیستی مداوم جوهرافشان
2.1.1.2. چاپ زیستی جوهرافشان قطره برحسب تقاضا
شکل 1 طبقه بندی چاپ زیستی قطره ای به انواع جوهرافشان، آکوستیک، ریز دریچه. چاپ زیستی جوهرافشان خود به انواع جوهر افشان پیوسته، قطره بر حسب تقاضا، و الکتروهیدرودینامیک طبقه بندی می شود. چاپ زیستی جوهرافشان قطره برحسب تقاضا شامل تکنیک های حرارتی، پیزوالکتریک، و الکترواستاتیک است.
شکل 2 مکانیسم های چاپ زیستی قطره ای. (A) تکنیک های چاپ زیستی جوهرافشان: (A1) فوران پیوسته ی جوهرافشان وابسته به ناپایداری ریلی-پلاتو است، که جریان جوهر زیستی را به قطره می شکند؛ (A2) چاپ زیستی حرارتی قطره بر حسب تقاضا از عملگر حرارتی برای گرم کردن محلی جوهر زیستی استفاده می کند؛ (A3) چاپ زیستی قطره بر حسب تقاضا پیزوالکتریک وابسته به تغییر شکل شعاعی عملگر پیزوالکتریک برای تولید قطره ها است؛ (A4) چاپ زیستی الکترواستاتیک برای تولید قطره ها وابسته به انحراف صفحه ی فشار است؛(A5) روش الکتروهیدرودینامیک از میدان الکتریکی استفاده می کند، که از تفاوت پتانسیل الکتریکی بین نوک چاپ و بستر ایجاد می شود، تا جریانی از قطره های جوهر زیستی را از طریق سوراخ نوک چاپ هل دهد. (B) خروج قطره آکوستیک وابسته به میدان ملایم آکوستیک ایجاد شده توسط عملگر آکوستیک برای خروج قطره ها از یک استخر باز از محلول جوهر زیستی است. (C) چاپ زیستی ریز دریچه با یک دریچه ی الکترومکانیکی کار می کند که قطره ها را توزیع می کند.
2.1.1.2.1. چاپ زیستی جوهرافشان حرارتی
2.1.1.2.2. چاپ زیستی جوهرافشان پیزوالکتریک
2.1.1.2.3. چاپ زیستی الکترواستاتیک
2.1.1.3. چاپ زیستی الکتروهیدرودینامیک
جدول 1 چاپگرهای زیستی استفاده شده در DBB و مواد زیستی چاپ زیستی شده با این چاپگرهای زیستی
2.1.2. چاپ زیستی آکوستیک
2.1.3. چاپ زیستی ریز دریچه
شکل 3 چاپ زیستی قطره ای سلول ها و مواد زیستی. چاپ زیستی DOD حرارتی نورون های برچسب گذاری شده با مارکرهای عصبی بعد از 15 روز کشت، (A1) رنگ آمیزی ایمونولوژیکی دندریت های نورون های قشری جنینی رت با آنتی بادی های مونوکلونال MAP2 (سبز)، (A2) رنگ آمیزی ایمونولوژیکی دندریت های هیپوکمپ رت با آنتی بادی های مونوکلونال ضد MAP2 (سبز) و آکسون های نورون ها با آنتی بادی های مونوکلونال ضد نوروفیلامنت (قرمز)؛ (B) چاپ زیستی TIJ بافت سه بعدی قلبی؛ (C) چاپ زیستی PIJ سازه های بافتی (سلول های NIH با سدیم آلژینات) دارای شاخه؛ (D) چاپ زیستی الکترواستاتیک سازه ی توبولار آلژینات؛ € چاپ زیستی الکتروهیدرودینامیک PVSMC ها 40 روز بعد از چاپ زیستی؛ (F) چاپ زیستی آکوستیک سلول های AML-12 12 روز بعد از چاپ زیستی؛ (G) چاپ زیستی ریز دریچه فیبروبلاست ها و کراتینوسیت ها، (G1) تصویری سه بعدی از سلول های رنگ آمیزی شده به صورت ایمونولوژیکی و نمای جانبی، (G2) لایه ی کراتین KC، (G3) بتا-توبولین کراتینوسیت ها و فیبروبلاست ها)
2.2. برهمکنش های قطره-بستر
2.3. چاپگرهای زیستی قطره ای
جدول 2 مقایسه ی روش های DBB
شکل 4 برهمکنش های قطره-بستر و ساخت سازه های سه بعدی با ته نشینی لایه به لایه. (A) قطره های محلول پیش ساز هیدروژل مملو از سلول با کنترل حرکت نوک چاپ و/یا بستر در محل های خاص روی صفحه ی جانبی ته نشین می شود. قطره های رسوب شده پخش شده و خطوطی روی بستر ایجاد می کنند. خطوط منقطع به نوبه ی خود متصل می شوند تا لایه ی نخست از الگوی سه بعدی مد نظر را ایجاد کنند؛ که در ادامه با ته نشینی قطره های محلول کراس لینکر (یونی یا آنزیمی) پلیمریزه می شود. این چرخه تا زمان ساخت کل سازه کامل شود ادامه می یابد. (B) هر لایه از محلول پیش ساز هیدروژل چاپ زیستی شده با فرو بردن بستر به درون مخزن کراس لینکر و بیرون آوردن آن پیش از چاپ زیستی لایه ی جدید پلیمریزه می شود. (C) هر لایه از محلول پیش ساز هیدروژل چاپ زیستی شده با اسپری کردن محلول کراس لینک پلیمریزه می شود. (D) هر لایه از محلول پیش ساز هیدروژل (جوهر زیستی حساس به نور) با استفاده از نور UV پلیمریزه می شود.
3. بیومتریال استفاده شده در چاپ زیستی قطره ای
3.1. ملاحظات مربوط به جوهر زیستی
جدول 3 مقایسه ی هیدروژل های استفاده شده به عنوان جوهر زیستی در DBB
3.2. ملاحظات مربوط به بستر
4. ارزیابی مقایسه ای: چاپ زیستی قطره ای در مقابل بقیه
5. دستاوردهای اخیر و زمینه های کاربردی
5.1. دستاوردهای اخیر در چاپ زیستی قطره ای
5.2. زمینه های کاربردی چاپ زیستی قطره ای
5.2.1. مهندسی بافت و پزشکی ترمیمی
جدول 4 مقایسه ی بافت های چاپ شده ی زیستی با استفاده از DBB و دیگر روش های چاپ زیستی
5.2.2. پیوند و امور بالینی
5.2.3. تست دارو و غربالگری با کارآیی بالا
5.2.4. تحقیقات سرطان
6. چشم اندازهای آینده
7. نتیجه گیری
کلمات کلیدی
1. مقدمه
2. چاپ زیستی قطره ای
2.1 روش های چاپ زیستی قطره ای
2.1.1. چاپ زیستی جوهرافشان
2.1.1.1. چاپ زیستی مداوم جوهرافشان
2.1.1.2. چاپ زیستی جوهرافشان قطره برحسب تقاضا
شکل 1 طبقه بندی چاپ زیستی قطره ای به انواع جوهرافشان، آکوستیک، ریز دریچه. چاپ زیستی جوهرافشان خود به انواع جوهر افشان پیوسته، قطره بر حسب تقاضا، و الکتروهیدرودینامیک طبقه بندی می شود. چاپ زیستی جوهرافشان قطره برحسب تقاضا شامل تکنیک های حرارتی، پیزوالکتریک، و الکترواستاتیک است.
شکل 2 مکانیسم های چاپ زیستی قطره ای. (A) تکنیک های چاپ زیستی جوهرافشان: (A1) فوران پیوسته ی جوهرافشان وابسته به ناپایداری ریلی-پلاتو است، که جریان جوهر زیستی را به قطره می شکند؛ (A2) چاپ زیستی حرارتی قطره بر حسب تقاضا از عملگر حرارتی برای گرم کردن محلی جوهر زیستی استفاده می کند؛ (A3) چاپ زیستی قطره بر حسب تقاضا پیزوالکتریک وابسته به تغییر شکل شعاعی عملگر پیزوالکتریک برای تولید قطره ها است؛ (A4) چاپ زیستی الکترواستاتیک برای تولید قطره ها وابسته به انحراف صفحه ی فشار است؛(A5) روش الکتروهیدرودینامیک از میدان الکتریکی استفاده می کند، که از تفاوت پتانسیل الکتریکی بین نوک چاپ و بستر ایجاد می شود، تا جریانی از قطره های جوهر زیستی را از طریق سوراخ نوک چاپ هل دهد. (B) خروج قطره آکوستیک وابسته به میدان ملایم آکوستیک ایجاد شده توسط عملگر آکوستیک برای خروج قطره ها از یک استخر باز از محلول جوهر زیستی است. (C) چاپ زیستی ریز دریچه با یک دریچه ی الکترومکانیکی کار می کند که قطره ها را توزیع می کند.
2.1.1.2.1. چاپ زیستی جوهرافشان حرارتی
2.1.1.2.2. چاپ زیستی جوهرافشان پیزوالکتریک
2.1.1.2.3. چاپ زیستی الکترواستاتیک
2.1.1.3. چاپ زیستی الکتروهیدرودینامیک
جدول 1 چاپگرهای زیستی استفاده شده در DBB و مواد زیستی چاپ زیستی شده با این چاپگرهای زیستی
2.1.2. چاپ زیستی آکوستیک
2.1.3. چاپ زیستی ریز دریچه
شکل 3 چاپ زیستی قطره ای سلول ها و مواد زیستی. چاپ زیستی DOD حرارتی نورون های برچسب گذاری شده با مارکرهای عصبی بعد از 15 روز کشت، (A1) رنگ آمیزی ایمونولوژیکی دندریت های نورون های قشری جنینی رت با آنتی بادی های مونوکلونال MAP2 (سبز)، (A2) رنگ آمیزی ایمونولوژیکی دندریت های هیپوکمپ رت با آنتی بادی های مونوکلونال ضد MAP2 (سبز) و آکسون های نورون ها با آنتی بادی های مونوکلونال ضد نوروفیلامنت (قرمز)؛ (B) چاپ زیستی TIJ بافت سه بعدی قلبی؛ (C) چاپ زیستی PIJ سازه های بافتی (سلول های NIH با سدیم آلژینات) دارای شاخه؛ (D) چاپ زیستی الکترواستاتیک سازه ی توبولار آلژینات؛ € چاپ زیستی الکتروهیدرودینامیک PVSMC ها 40 روز بعد از چاپ زیستی؛ (F) چاپ زیستی آکوستیک سلول های AML-12 12 روز بعد از چاپ زیستی؛ (G) چاپ زیستی ریز دریچه فیبروبلاست ها و کراتینوسیت ها، (G1) تصویری سه بعدی از سلول های رنگ آمیزی شده به صورت ایمونولوژیکی و نمای جانبی، (G2) لایه ی کراتین KC، (G3) بتا-توبولین کراتینوسیت ها و فیبروبلاست ها)
2.2. برهمکنش های قطره-بستر
2.3. چاپگرهای زیستی قطره ای
جدول 2 مقایسه ی روش های DBB
شکل 4 برهمکنش های قطره-بستر و ساخت سازه های سه بعدی با ته نشینی لایه به لایه. (A) قطره های محلول پیش ساز هیدروژل مملو از سلول با کنترل حرکت نوک چاپ و/یا بستر در محل های خاص روی صفحه ی جانبی ته نشین می شود. قطره های رسوب شده پخش شده و خطوطی روی بستر ایجاد می کنند. خطوط منقطع به نوبه ی خود متصل می شوند تا لایه ی نخست از الگوی سه بعدی مد نظر را ایجاد کنند؛ که در ادامه با ته نشینی قطره های محلول کراس لینکر (یونی یا آنزیمی) پلیمریزه می شود. این چرخه تا زمان ساخت کل سازه کامل شود ادامه می یابد. (B) هر لایه از محلول پیش ساز هیدروژل چاپ زیستی شده با فرو بردن بستر به درون مخزن کراس لینکر و بیرون آوردن آن پیش از چاپ زیستی لایه ی جدید پلیمریزه می شود. (C) هر لایه از محلول پیش ساز هیدروژل چاپ زیستی شده با اسپری کردن محلول کراس لینک پلیمریزه می شود. (D) هر لایه از محلول پیش ساز هیدروژل (جوهر زیستی حساس به نور) با استفاده از نور UV پلیمریزه می شود.
3. بیومتریال استفاده شده در چاپ زیستی قطره ای
3.1. ملاحظات مربوط به جوهر زیستی
جدول 3 مقایسه ی هیدروژل های استفاده شده به عنوان جوهر زیستی در DBB
3.2. ملاحظات مربوط به بستر
4. ارزیابی مقایسه ای: چاپ زیستی قطره ای در مقابل بقیه
5. دستاوردهای اخیر و زمینه های کاربردی
5.1. دستاوردهای اخیر در چاپ زیستی قطره ای
5.2. زمینه های کاربردی چاپ زیستی قطره ای
5.2.1. مهندسی بافت و پزشکی ترمیمی
جدول 4 مقایسه ی بافت های چاپ شده ی زیستی با استفاده از DBB و دیگر روش های چاپ زیستی
5.2.2. پیوند و امور بالینی
5.2.3. تست دارو و غربالگری با کارآیی بالا
5.2.4. تحقیقات سرطان
6. چشم اندازهای آینده
7. نتیجه گیری
ترجمه چکیده
چاپ زیستی مبتنی بر قطره (DBB) به دلیل سادگی و ظرافت همراه با کنترل دقیق روی رسوب مواد زیستی از جمله سلول ها، فاکتورهای رشد، ژن ها، داروها، و مواد زیستی مزایای زیادی را ارائه می کند، و به تکنولوژی غالب در جامعه ی چاپ زیستی تبدیل شده است. تکنولوژی DBB، به دلیل انعطاف پذیری فوق العاده، در زمینه های کاربردی زیادی از جمله در مهندسی بافت و پزشکی ترمیمی، پیوند عضو و درمانگاه ها، داروها و غربالگری و با کارآیی بالا، و تحقیقات سرطانی، اتخاد شده است. علیرغم مزایای بسیار، این تکنولوژی در حال حاضر با چالش هایی همچون طیف باریک مواد جوهر زیستی موجود، آسیب اساسی به سلول القا شده توسط چاپ زیستی، یکپارچگی اندک مکانیکی و ساختاری سازه های چاپ شده، و محدودیت اندازه ی سازه به دلیل نبود سیستم عروقی و تخلخل، روبروست. این مقاله برای اولین بار مروری بر DBB ارائه کرده و به طور جامع شیوه های کنونی DBB از جمله چاپ زیستی جوهر افشان، الکتروهیدرودینامیک، آکوستیک، و ریز دریچه را پوشش می دهد. مطالعات قابل توجه اخیر برجسته شده، رابطه ی مواد جوهر زیستی و چاپگرهای زیستی تشریح شده، زمینه های کاربردی ارائه شده، و چشم اندازهای آینده به خواننده ارائه شده است.
موضوعات مرتبط
مهندسی و علوم پایه
مهندسی شیمی
بیو مهندسی (مهندسی زیستی)
چکیده انگلیسی
Droplet-based bioprinting (DBB) offers greater advantages due to its simplicity and agility with precise control on deposition of biologics including cells, growth factors, genes, drugs and biomaterials, and has been a prominent technology in the bioprinting community. Due to its immense versatility, DBB technology has been adopted by various application areas, including but not limited to, tissue engineering and regenerative medicine, transplantation and clinics, pharmaceutics and high-throughput screening, and cancer research. Despite the great benefits, the technology currently faces several challenges such as a narrow range of available bioink materials, bioprinting-induced cell damage at substantial levels, limited mechanical and structural integrity of bioprinted constructs, and restrictions on the size of constructs due to lack of vascularization and porosity. This paper presents a first-time review of DBB and comprehensively covers the existing DBB modalities including inkjet, electrohydrodynamic, acoustic, and micro-valve bioprinting. The recent notable studies are highlighted, the relevant bioink biomaterials and bioprinters are expounded, the application areas are presented, and the future prospects are provided to the reader.
ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Biomaterials - Volume 102, September 2016, Pages 20–42
Journal: Biomaterials - Volume 102, September 2016, Pages 20–42
نویسندگان
Hemanth Gudapati, Madhuri Dey, Ibrahim Ozbolat,