Prototyper med levende celler - 💡 Fix My Ideas

Prototyper med levende celler

Prototyper med levende celler


Forfatter: Ethan Holmes, 2019

Dette er anden del af vores serie om biohackingstilstanden. Du kan læse den første rate "Safari i Biohacking Society" og se efter flere artikler i fremtiden.

Bioprint er den nye udskrivning

Den største bro mellem producenternes verden og biohackers verden er nok den "mægtige" 3D-printer. Hvad hvis i stedet for at bruge plast, kunne vi bruge noget biomateriale til at opbygge tredimensionelle strukturer? Og hvad hvis vi kunne bruge et særligt blæk, lad os kalde det en "bioink", der er lavet af levende celler til at udskrive beskeder eller mønstre?

Da BioCurious startede bioprinting

Vores 2014 safari sponsoreret af Paris Biohackerspace fører os til BioCurious: et obligatorisk stop blandt biohackersamfund i Nordamerika. Dette banebrydende biohackerspace er vært for en række gode mennesker, der samarbejder om et DIY bioprinter projekt. Deres bioprinting eventyr startede i 2012, da de havde deres første møder. Patrik D'Haeseleer, som for tiden leder projektet med Maria Chavez, gav os nogle detaljer og opdateringer om deres historie.

På det tidspunkt søgte de efter fællesskabsprojekter, der kunne bringe nye mennesker ind og lade dem samarbejde om et projekt med det samme. Ingen af ​​dem havde en lidenskab for en specifik bioprinting applikation, og de havde heller ikke tidligere viden om, hvordan man bygger denne type printer. Alligevel syntes det at være en forholdsvis tilgængelig teknologi, som folk kunne leve med. Du behøver ikke engang et vådt laboratorium til at starte. Det er et projekt, der har noget for enhver smag, hvad enten det drejer sig om 3D-udskrivning, inkjetudskrivning, 3D-design, elektronik, Arduino eller cellekultur - du hedder det! Alle har noget at lære eller noget at undervise.

Udskrivning ved prøve og fejl

(Eller vigtigheden af ​​at offentliggøre, hvad der gik galt med dine eksperimenter.)

"Du kan bare tage en kommerciel inkjet printer. Tag blækpatronerne og afskær først toppen. Tøm blæket ud og læg noget andet derinde. Nu kan du begynde at udskrive med det, "forklarede Patrik.

Sådan begyndte de hos BioCurious. De trykt med arabinose som blæk, som er et naturligt plantesukker, på store kaffefilter som papir. Derefter sætter de filterpapiret på en bakterie af bakterier kaldet E.Coli i en petriskål. Disse bakterier anvendes almindeligvis i biolabs, men den gang blev de genetisk modificerede for at få dem til at producere et grønt fluorescerende protein i nærværelse af arabinose. I slutningen begyndte cellerne at lyse præcis, hvor arabinose blev trykt.

Teknikken var faktisk gennemførlig, selvom den ikke var perfekt. Men det er ikke sådan, at holdet får dette spændende mønster synligt under UV-lys: "I ♥ BIOCURIOUS".

Brug af en kommerciel printer er for begrænsende. "Du skal muligvis omdanne printerdriveren eller adskille papirhåndteringsmaskinerne for at kunne gøre det, du ønsker", forklarer Patrik. Så gruppen på BioCurious besluttede at bygge deres egen bioprinter fra bunden. Denne anden version er den, du kan finde på Instructables.

Takket være Hackteria kollektive og GaudiLabs havde vores biohackere ideen at bruge steppermotorer fra cd-drev til at opbygge en 2D-platform. Tilføje en blækpatron som et skrivehoved og interface det med et kompatibelt open source Arduino skjold, og du har din egen DIY bioprinter til $ 150!

Den næste og stadig aktuelle udfordring beskæftiger sig med blækets konsistens. De blækpatron kommercielle blækpatroner virker i det væsentlige med et blæk, der er temmelig vandigt. Men bioink indebærer et mere gelignende materiale med høj viskositet. DIY BioPrinter-gruppen har eksperimenteret med forskellige sprøjtepumpedesigner, som kunne give dem mulighed for at injicere en lille mængde viskøs væske gennem skrivehovedet.

Og nu kommer 3D

Begyndende med en allerede eksisterende 3D-platform syntes som den bedste måde at gå ud over 2D mønstre. DIY-gruppen forsøgte at omdanne deres eksisterende 3D-printer til en bioprinter ved at lægge et bioprintingshoved på det i første omgang. Snart blev de stoppet af det faktum, at arbejde på en kommerciel maskine ville kræve nogle vanskelige reverse engineering og software modifikation for at perfektere processen ... Efter et par måneder førte dette til en blindgyde.

RepRap er den største open source-familie af 3D-printere. Efter at have købt den mest gennemførlige og overkommelige open source printer som et sæt, måtte de bare udskifte plastens ekstruderende printhoved til en nål eller et sæt nåle. Dette bioprint hoved er forbundet med fleksible rør til sprøjtepumperne, som kan forblive stationære.

'' RepRap-samfundet er virkelig det, der har gjort hele 3D-udskriftsrevolutionen mulig ", sagde Patrik.

Snart nok var der et fællesskab omkring 3D bioprint tinkering hjemme og i biohackerspaces som BioCurious, BUGSS og Hackteria, alle deler deres erfaringer.

Arbejder med livet

Den Hellige Graal af bioprinting trykker 3D-organer til transplantationer (vi vil komme tilbage til dette i vores næste rate). Arbejde med humane eller pattedyrsceller er kompleks. Du skal have nogen i laboratoriet hver dag og tage vare på cellerne og holde alt så sterilt som muligt. Derfor er gruppens nuværende langsigtede projekt i det væsentlige et bevis på, at de kan lave et funktionelt planteorgan og få det til fotosyntese. Dette vil være et kunstigt blad!

Der er ikke så meget arbejde udført på planteceller. Derfor er der mange åbne videnskabelige spørgsmål rejst. Du skal finde ud af, hvilken type celletyper du vil bruge, hvordan du forbinder dem sammen, hvordan en 3D-struktur af et blad ligner osv. Ifølge Patrik passer 3D-print med planteceller meget bedre til DIY-fællesskabslab end mammale celler .

Uanset om det virker eller ej, er interessen her at teste tingene og se, hvordan de vokser. En kommerciel ansøgning er ikke det eneste formål for biohackere, selv om nogle videnskabsmænd er lidt overvældet af deres forskningspotentiale.

"Vi er ikke meget målrettede, ligesom vi ønsker at starte en bioprint og sælge et produkt, lave millioner af dollars ... Der er ikke for mange planter i desperat behov for bladtransplantationer! Vi deltager i dette projekt, fordi det er en sjov ting at gøre. Vi gør nogle fremskridt hver uge, "siger Patrik.

3D bioprinting med planteceller hæve udfordringer

Det første skridt er at finde ud af det materiale, hvor cellerne skal resuspenderes. Et matrixmateriale kan holde cellerne på plads, indtil de vokser og opretter forbindelser. Nogle aktuelle eksperimenter på BioCurious bruger et gelignende materiale kaldet alginat, som har meget interessante egenskaber. Natriumalginat er opløseligt i vand, men viskøst, medens calciumalginat størkner øjeblikkeligt. Det minder mig om sfærificeringsteknikker, som du ser i fødevarevidenskab, hvor en fast dråbe er fyldt med væske på indersiden.

Flere sprøjtepumpedesigner er i test nu, men alle testes med samme sammenligning: en sprøjtepumpe indeholdende cellerne i en alginatopløsning og den anden med calciumchlorit. Når de to materialer kommer i kontakt, størkner strukturen. Så udskriver du faktisk et fast stof med indlejrede celler. Optimering er i gang.

Den anden udfordring handler om den nødvendige celletype. "Skal vi differentiere alle cellerne først og udskrive cellerne, hvor vi tror, ​​de skal gå? Skal vi udskrive utifferentierede celler og vækstfaktorer på samme tid for at lade dem differentiere og omarrangere in situ? "Spørgsmålet er stadig åbent for Patrik. DIY gruppen eksperimenterede med forskellige celletyper og anbefalede ikke at bruge gulerodsceller som folk normalt gør. Disse stamceller er udifferentierede, hvilket betyder, at de kan give anledning til forskellige celletyper under gode forhold, men de er ofte forurenet.

Nu skal du kigge på følgende opskrift: "Tag et blad. Smadre det op for at få enkelte celler. Resuspender dem til alginat. Udskriv med denne løsning plus mediet, som plantecellerne har brug for, hele det ekstruderes til et calciumchloritbad. I løbet af de første uger begyndte cellerne at blegne. Men i sidste ende kommer den grønne tilbage. Forklaringen kan være en forbigående dedifferentiering af cellerne først og derefter en tilbagevenden til et blads celle tilstand. "Leafceller fra tobaksplanter, en meget robust og kort tidsgenereringslab model, synes at være lovende!

3D-udskrivning udenfor BioCurious: Andre spændende ideer

BUGSS - Baltimore

Baltimore Underground Science Space bygger for øjeblikket et platform kald 3DP.BIO, der sigter mod at forbinde forskere, ingeniører og designere til at fremskynde forskning og udvikling. De fokuserer på harpiksprintere, udvikler styringssoftware og en biokompatibel harpiks, som kan bruges til at gøre 3D stilladser til cellevækst.

Medieret Mit MIT Medialab

MIT Medialab har også været tinkering med biomaterialer og trykningsteknologier. Her er Markus Kayser i Mediated Matter's lab, der er tinkering med mærkelige havdyr, pilling tørrede krabbe skaller og blander det for at skabe strukturer lavet af biomaterialer.

Også i hans laboratorium kan folk 3D-printstrukturer bruge silkeorms.

Her er et interview, instrueret af Neri Oxman, med Sunanda Sharma, medlem af Mediated Matter Lab, som forklarer nogle af deres projekter og perspektiver omkring chitin som biomateriale.

JUICY PRINT på London Biohackspace Her er et eksempel, hvor du stadig udskriver med nogle biomaterialer, bortset fra denne gang er materialet blevet genetisk modificeret som sådan: "JuicyPrint er som en 3D-printer, der kan fodres med frugtsaft og kan bruges til at udskrive nyttige former fremstillet af bakteriel cellulose, en stærk og usædvanlig alsidig biopolymer. "Bakterierne Gluconacetobacter hansenii, der bruger frugtsaft som fødevarekilde, er genetisk modificerede for at gøre dem ude af stand til at fremstille cellulose under en lysstimulering. Derfor producerer kun bakterier i de mørke pletter cellulose. Derefter kan strukturen af ​​det endelige produkt manipuleres ved at skinne et nyt mønster af lys på kulturen.

En anden måde at dyrke væv eller organer på ville være at bruge en allerede eksisterende 3D-struktur som et stillads til celler.

billede med tilladelse fra Pelling Labs

PELLING Lab: Gør ører ud af æbler Her er en protokol fra Andrew Pelling, hvor "du skar et æble, vasker det i sæbe og vand og steriliserer det derefter. Hvad der er tilbage er et fint maske af cellulose, hvor du kan injicere humane celler - og de vokser. "

Counter Culture Labs

Hvorfor 3D print, når du kan bruge allerede formede former? Se på dette overraskende eksempel nedenfor af et gris hjerte hos Counter Culture Labs, en biohackerspace i Oakland.

Her fjerner de alle cellerne fra et donororgan, som var et grishjerte, og efterlod kun bindevævet for at gøre det til et spøgelsesorgan. Så ville ideen være at repopulere det med andres celler.

Lad os nu hoppe til næste aflevering med mere biodesignet materiale og arkitektur.

En anden måde at tænke på 3D Bioprinting og biomaterialer er faktisk at lade naturen vokse sig selv ... Kan du gætte, hvad billedet nedenfor er, og hvor i verden er dette lab baseret?



Du Kan Være Interesseret

Gadget Review: Rii Mini i6 2.4GHz trådløst tastatur + Universal fjernbetjening

Gadget Review: Rii Mini i6 2.4GHz trådløst tastatur + Universal fjernbetjening


Papirskrotbilledramme

Papirskrotbilledramme


Så tæt kan vi næsten smag det - Maker Faire New York

Så tæt kan vi næsten smag det - Maker Faire New York


Gør: Live 9/16/11 - Maker Faire NY & The Makeys Awards (video)

Gør: Live 9/16/11 - Maker Faire NY & The Makeys Awards (video)