Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Prototyyppien tekeminen elävien solujen kanssa

Tämä on biopakkauksen tilaa koskevan sarjan toinen erä. Voit lukea ensimmäistä osaa "Safari biohäkitysyhteisössä" ja katsella lisää artikkeleita tulevaisuudessa.

Bioprint on uusi tulostus

Suurin silta päättäjien maailman ja biohackereiden maailman välillä on luultavasti ”mahtava” 3D-tulostin. Mitä jos muovien käytön sijaan voisimme käyttää mitä tahansa biomateriaalia kolmiulotteisten rakenteiden rakentamiseen? Entä jos voisimme käyttää erityistä mustetta, kutsumme sitä elävistä soluista valmistetulle "bioinkille", jotta voit tulostaa viestejä tai kuvioita?

Kun BioCurious aloitti Bioprintingin

Pariisin Biohackerspacen sponsoroimamme vuoden 2014 safarit johtavat meidät BioCuriousiin: pakollinen pysähdys Pohjois-Amerikan biohacker-yhteisöihin. Tämä uraauurtava biohackerspace tarjoaa joukon hyviä ihmisiä, jotka tekevät yhteistyötä DIY-bioprinteriprojektissa. Heidän biotekniikka-seikkailunsa alkoi vuonna 2012, kun heillä oli ensimmäinen tapaaminen. Patrik D'haeseleer, joka johtaa parhaillaan projektia Maria Chavezin kanssa, antoi meille joitakin yksityiskohtia ja päivityksiä tarinastaan.

Tuolloin he etsivät yhteisöprojekteja, jotka voisivat tuoda uusia ihmisiä ja antaa heidän tehdä yhteistyötä projektissa heti. Yhdelläkään heistä ei ollut intohimoa tietylle biotuotesovellukselle, eikä niillä ollut aikaisempaa tietoa siitä, miten tällainen tulostin voitaisiin rakentaa. Silti näytti olevan melko lähestyttävä tekniikka, jota ihmiset voisivat pelata. Sinun ei tarvitse edes välttämättä aloittaa märkä laboratorio. Se on projekti, jolla on jokaiselle jotakin, olipa kyseessä sitten 3D-tulostus, mustesuihkutulostus, 3D-suunnittelu, elektroniikka, Arduino tai soluviljelmä - se on nimesi! Jokaisella on jotain opittavaa tai jotain opetettavaa.

Tulostus kokeilulla ja virheellä

(Tai on tärkeää julkaista, mitä kokeillesi tapahtui väärin.)

”Voit ottaa kaupallisen mustesuihkutulostimen. Ota mustesuihkutulostuskasetit ja katkaise päällimmäinen päältä. Tyhjennä muste ja aseta siihen jotain muuta. Nyt voit aloittaa tulostamisen, Patrik selitti.

Näin he alkoivat BioCuriousissa. Ne painetaan arabinoosilla musteena, joka on luonnollinen kasvisokeri. Sitten he laittoivat tämän suodatinpaperin E. coli -bakteerien viljelyyn Petri-lautasella. Näitä bakteereja käytetään yleisesti biolabeissa, mutta silloin ne muunnettiin geneettisesti, jotta ne tuottaisivat vihreää fluoresoivaa proteiinia arabinoosin läsnä ollessa. Lopussa solut alkoivat hehkua tarkalleen missä arabinoosi painettiin.

Tekniikka oli todella toteutettavissa, vaikka se ei olisi täydellinen. Mutta näin ei joukkue saa tätä jännittävää kuviota UV-valossa: “I light BIOCURIOUS”.

Kaupallisen tulostimen käyttäminen on liian rajoittavaa. ”Saatat joutua kääntämään tulostinohjaimen taaksepäin tai pura paperinkäsittelykoneet, jotta voisit tehdä mitä haluat”, Patrik kertoo. Niinpä BioCurious-ryhmä päätti rakentaa oman bioprinterin tyhjästä. Tämä toinen versio löytyy Instructables-ohjelmasta.

Hackteria-kollektiivin ja GaudiLabsin ansiosta biohackereillämme oli ajatus käyttää askelmoottoreita CD-asemista 2D-alustan rakentamiseksi. Lisää mustesuihkutulostuskasetti tulostuspäähän ja liitä se yhteensopivaan avoimen lähdekoodin Arduino-kilpeen, ja sinulla on oma DIY-bioprinterisi $ 150!

Seuraava ja nykyinen haaste käsittelee musteen johdonmukaisuutta. Mustesuihkutulostuskasettien värikasetit toimivat pääasiassa melko vesipitoisella musteella. Mutta bioinki merkitsee enemmän geelimäistä materiaalia, jolla on korkea viskositeetti. DIY BioPrinter -ryhmä on kokeillut erilaisia ​​ruiskupumppumalleja, joiden avulla ne voivat pistää pienen määrän viskoosia nestettä tulostuspään läpi.

Ja nyt tulee 3D

Jo olemassa olevan 3D-alustan aloitus tuntui parhaalta tavalta ylittää 2D-mallit. DIY-ryhmä yritti kääntää nykyisen 3D-tulostimen bioprinteriksi asettamalla sille biotulostuspää. Pian ne pysäytettiin sillä, että kaupallisen koneen käsittely vaatisi jonkin verran hankalaa käänteistekniikkaa ja ohjelmistomuutosta prosessin täydentämiseksi… Muutaman kuukauden kuluttua tämä johti umpikujaan.

RepRap on tärkein avoimen lähdekoodin 3D-tulostimien perhe. Kun olet ostanut kaikkein toteuttamiskelpoisen ja edullisen avoimen lähdekoodin tulostimen paketiksi, niiden oli vain vaihdettava muovinen puristuspää päätä neulaa tai neuloja varten. Tämä bioprint-pää on liitetty joustaviin putkiin ruiskupumppuihin, jotka voivat pysyä paikallaan.

”” RepRap-yhteisö on oikeastaan ​​se, mikä on mahdollistanut koko 3D-tulostuksen vallankumouksen ”, Patrik sanoi.

Pian tarpeeksi kotona ja biopakkauspaikoissa, kuten BioCuriousissa, BUGSS: ssä ja Hackteriassa, oli noin 3D-bioprint-tinkering-yhteisö.

Elämän kanssa työskentely

Bioprintingin Pyhä Graali painaa kolmiulotteisia elimiä siirtoihin (me palaamme tähän seuraavassa osassa). Työskentely ihmisen tai nisäkässolujen kanssa on monimutkaista. Sinun pitäisi olla joku laboratoriossa joka päivä huolehtimalla soluista ja pitääkseen kaiken niin steriilinä kuin mahdollista. Siksi ryhmän nykyinen pitkäaikainen hanke on olennaisesti todiste käsitteestä, jonka mukaan he voivat tehdä toimivan kasvuselimen ja saada sen fotosynteesiin. Tämä on keinotekoinen lehti!

Kasvisoluissa ei ole niin paljon työtä. Siksi on olemassa monia avoimia tieteellisiä kysymyksiä. Sinun täytyy selvittää, millaisia ​​solutyyppejä käytät, miten ne yhdistetään, mitä 3D-rakenne näyttää ja miten näyttää. 3D-tulostus kasvisoluilla sopii paljon paremmin DIY-yhteisölaboratorioon kuin mammilian solut .

Olipa kyseessä sitten vai ei, kiinnostus on testata asioita ja nähdä, miten ne kasvavat. Kaupallinen sovellus ei ole ainoa tarkoitus biohäkkeilijöille, vaikka jotkut tutkijat ovat hieman hämmentyneitä niiden tutkimuspotentiaalista.

”Emme ole kovin tavoitteellisia, kuten haluamme käynnistää biotulostuksen ja myydä tuotteen, tehdä miljoonia dollareita… Ei ole liian monia kasveja, jotka tarvitsevat epätoivoisesti lehtien siirtoja! Osallistumme tähän projektiin, koska se on hauska asia. Teemme jonkin verran edistystä viikoittain viikon jälkeen ”, Patrik kertoo.

3D Bioprinting kasvisoluilla Nosta haasteita

Ensimmäinen vaihe on selvittää materiaali, jossa solut suspendoidaan uudelleen. Matriisimateriaali voi pitää solut paikallaan, kunnes ne kasvavat ja muodostavat yhteyksiä. Joissakin BioCuriousin kokeissa käytetään geelimäistä materiaalia, jota kutsutaan alginaatiksi ja jolla on erittäin mielenkiintoisia ominaisuuksia. Natriumalginaatti liukenee veteen, mutta viskoosi, kun taas kalsiumalginaatti kiinteytyy välittömästi. Se muistuttaa minua sferifiointitekniikoista, joita näet elintarviketeollisuudessa, jossa kiinteä pisara on täynnä nestettä sisältä.

Useita ruiskupumpun malleja testataan nyt, mutta kaikki testataan samalla vertailulla: yksi ruiskupumppu, joka sisältää alginaattiliuoksen solut, ja toinen kalsiumkloriitin kanssa. Kun kaksi materiaalia joutuu kosketuksiin, rakenne jähmettyy. Sitten tulostat kiinteän aineen upotetuilla soluilla. Optimointi on käynnissä.

Toinen haaste on noin tarvittava solutyyppi. ”Pitäisikö meidän ensin erottaa kaikki solut ja tulostaa solut, joiden mielestä heidän pitäisi mennä? Pitäisikö meidän tulostaa eriytymättömiä soluja ja kasvutekijöitä samanaikaisesti, jotta he voisivat erottaa ja järjestellä uudelleen paikan päällä? ”Kysymys on edelleen avoinna Patrikille. DIY-ryhmä kokeili erilaisia ​​solutyyppejä ja ei suositellut porkkana solujen käyttöä, kuten ihmiset yleensä tekevät. Nämä kantasolut ovat eriytymättömiä, mikä tarkoittaa, että ne voivat aiheuttaa erilaisia ​​solutyyppejä hyvissä olosuhteissa, mutta ne ovat usein kontaminoituneita.

Katsokaa seuraavaa reseptiä: ”Ota lehti. Smash it up saada yksittäisiä soluja. Sekoita ne alginaatiksi. Tulosta tällä liuoksella plus kasvualustojen tarvitsema väliaine, koko asia puristetaan kalsiumkloriittihauteeksi. Ensimmäisten viikkojen aikana solut alkoivat valkaista. Mutta lopulta vihreä tulee takaisin. Selitys voisi olla solujen väliaikainen dedifferentiointi ensin ja sitten paluu lehtisolun tilaan. ”Tupakakasvien lehtisolut, erittäin vankka ja lyhyt aika generoiva lab-malli, näyttävät olevan lupaavia!

3D-tulostus BioCuriousin ulkopuolella: muut jännittävät ideat

BUGSS - Baltimore

Baltimore Underground Science Space rakentaa parhaillaan 3DP.BIO-verkkoa, jonka tavoitteena on yhdistää tutkijoita, insinöörejä ja suunnittelijoita tutkimuksen ja kehityksen nopeuttamiseksi. Ne keskittyvät hartsin tulostimiin, kehittävät ohjausohjelmistoa ja bioyhteensopivaa hartsia, jota voidaan käyttää 3D-telineiden muodostamiseen solujen kasvulle.

Mediated Matter MIT Medialab

MIT Medialab on myös käynyt biomateriaaleilla ja painotekniikoilla. Tässä on Markus Kayser Mediated Matterin laboratoriossa, joka tinkeroi outoilla merieläimillä, jauhaa kuivattuja rapuja ja sekoittaa sen luomaan biomateriaaleista valmistettuja rakenteita.

Myös hänen laboratoriossaan ihmiset voivat 3D-tulostusrakenteita käyttää silkkimattoja.

Tässä on Neri Oxmanin ohjaama haastattelu, jossa Medanda Matter Laben jäsen Sunanda Sharma, joka selittää joitakin projektinsa ja näkökulmaansa kitiinin ympärillä biomateriaalina.

JUICY PRINT Lontoon Biohackspacessa Tässä on esimerkki, jossa voit vielä tulostaa joidenkin biomateriaalien kanssa, lukuun ottamatta tällä kertaa materiaalia on muokattu geneettisesti: ”JuicyPrint on kuin 3D-tulostin, jota voidaan syöttää hedelmämehulla ja jota voidaan käyttää tulostamiseen hyödyllisiä muotoja, jotka on valmistettu bakteeri- selluloosasta, vahva ja poikkeuksellisen monipuolinen biopolymeeri. ”Gluconacetobacter hansenii -bakteerit, jotka käyttävät hedelmämehua elintarvikkeen lähteenä, on muunnettu geneettisesti, jotta ne eivät pysty tuottamaan selluloosaa kevyen stimulaation alla. Siksi vain pimeissä laastareissa olevat bakteerit tuottavat selluloosaa. Sitten lopputuotteen rakennetta voidaan manipuloida loistamalla uusi valomalli viljelmälle.

Toinen tapa kasvattaa kudoksia tai elimiä olisi käyttää jo olemassa olevaa 3D-rakennetta solujen telineenä.

kuva Pelling Labsin hyväksi

PELLING Lab: tekemällä korvat pois omenoista Tässä on Andrew Pelling -protokolla, jossa ”viipaloit omenan, pese se saippualla ja vedellä ja steriloi se. Mitä jäljellä on hieno selluloosaverkko, johon voit pistää ihmissoluja - ja ne kasvavat.

Counter-kulttuurilaboratoriot

Miksi 3D-tulostus, kun voit käyttää jo muotoiltuja lomakkeita? Katso tätä yllättävää esimerkkiä sian sydämestä Counter Culture Labsissa, joka on Oaklandin biohackerspace.

Täällä he poistavat kaikki solut luovuttajaelimestä, joka oli sian sydän, jättäen vain sidekudoksen tekemään siitä haamuelimen. Sitten ajatus olisi se, että se palautetaan jonkun soluihin.

Siirrymme nyt seuraavaan osaan, jossa on enemmän biologisesti muotoiltua materiaalia ja arkkitehtuuria.

Toinen tapa ajatella 3D Bioprintingia ja biomateriaaleja on, että luonto kasvaa itsestään… Voitko arvata, mitä alla oleva kuva on ja missä maailmassa tämä laboratorio perustuu?

Osake

Jättänyt Kommenttia