5 laboratori che utilizzano la stampa 3D per progetti di Biohacking - 💡 Fix My Ideas

5 laboratori che utilizzano la stampa 3D per progetti di Biohacking

5 laboratori che utilizzano la stampa 3D per progetti di Biohacking


Autore: Ethan Holmes, 2019

La versione originale di questo articolo,Prototipazione con cellule viventi,correva come una puntata in una serie sullo stato di biohacking di Biohacking Safari. La versione sotto appare in Rendere: Vol. 56.


Il più grande ponte tra il mondo dei produttori e il mondo dei biohacker è probabilmente la potente stampante 3D. La differenza principale è invece di usare la plastica, stanno usando i biomateriali per costruire strutture tridimensionali e utilizzano bioink speciali fatti di cellule viventi per stampare messaggi e schemi.

Cellule umane coltivate in una fetta di mela decellularizzata (a sinistra) e una mela scolpita a forma di orecchio (a destra) da Pelling Labs. Foto di Bonnie Findley

Come BioCurious ha iniziato la bioprinting

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BioCurious è una tappa obbligatoria tra le comunità di biohacker in Nord America. Questo spazio pionieristico, situato a Sunnyvale, in California, ospita un numero di persone straordinarie che collaborano al progetto DIY BioPrinter. La loro avventura di bioprinting è iniziata nel 2012, quando hanno avuto i loro primi meetup. Secondo Patrik D'haeseleer, che sta guidando il progetto con Maria Chavez, stavano cercando progetti comunitari che potessero portare nuove persone nello spazio e consentire loro di collaborare rapidamente. Nessuno dei leader del progetto aveva in mente una specifica applicazione di bioprinting, né aveva conoscenze precedenti su come costruire questo tipo di stampante. Tuttavia, sembrava essere una tecnologia abbastanza accessibile con cui la gente potesse giocare.

"Puoi semplicemente prendere una stampante a getto d'inchiostro commerciale. Prendi le cartucce a getto d'inchiostro e taglia la parte superiore essenzialmente. Svuota l'inchiostro e metti qualcos'altro lì dentro. Ora puoi iniziare a stampare con quello ", spiega D'haeseleer.

Il gruppo BioCurious ha iniziato stampando su grossi filtri di caffè, sostituendo l'inchiostro con l'arabinosio, che è uno zucchero vegetale naturale. Quindi mettono la carta da filtro sopra una coltura di batteri di E. coli geneticamente modificati per produrre una proteina fluorescente verde in presenza di arabinosio. Le cellule hanno iniziato a brillare esattamente dove è stato stampato l'arabinosio.

La modifica di stampanti commerciali per questo, come stavano facendo, presentava delle sfide. "Potrebbe essere necessario decodificare il driver della stampante o smontare i macchinari per la gestione della carta per poter fare ciò che si desidera", afferma D'haeseleer.

Primo grande successo con BioPrinter Bio $ $ 150 fai da te: E. coli fluorescente stampato su agar con una testina di stampa inkjet. Foto di Patrik D'haeseleer

Così il gruppo ha deciso di costruire il proprio bioprinter da zero. La loro seconda versione utilizza motori stepper da unità CD, una cartuccia a getto d'inchiostro come testina di stampa e uno scudo Arduino open source per guidarlo: un bioprinter fai-da-te per soli $ 150 che puoi trovare su Instructables.

La prossima e ancora attuale sfida riguarda la consistenza dell'inchiostro. Le cartucce commerciali funzionano con inchiostro che è piuttosto acquoso. Ma bioink richiede un materiale più simile al gel con alta viscosità. Il gruppo DIY BioPrinter ha sperimentato diversi progetti di pompe a siringa che potrebbero consentire loro di iniettare piccole quantità di liquido viscoso attraverso la "testina di stampa bio".

Primo stampatore di BioCurious: pompe siringa da $ 11 montate su una piattaforma composta da unità DVD. Foto di Patrik D'haeseleer

Passare al 3D

Partire da una piattaforma 3D già esistente sembrava il modo migliore per andare oltre i modelli 2D. Il gruppo ha prima provato a modificare la stampante 3D esistente aggiungendo una testina di stampa bio direttamente su di essa. Tuttavia, la loro macchina commerciale richiedeva alcune difficili operazioni di reverse engineering e modifica del software per perfezionare il processo. Dopo un paio di mesi, questo ha portato a un vicolo cieco.

La famiglia di stampanti 3D RepRap ha influenzato il passo successivo. Dopo aver acquistato un conveniente kit di stampanti open source, il team di bioprinting è stato in grado di sostituire la testina di estrusione di plastica per una testina di stampa con tubi flessibili collegati a una serie di pompe a siringa fisse. Ha funzionato.

Conversione di un RepRap nell'ultima piattaforma BioPrinter di BioCurious, con una pompa a siringa aperta. Foto di Maria Chavez

"La community di RepRap è davvero ciò che ha reso possibile l'intera rivoluzione della stampa 3D", afferma D'haeseleer.

Ben presto ci fu una comunità attorno al bioprinting in 3D, armeggiare a casa e nei biohackerspaces come BioCurious, BUGSS e Hackteria, tutti condividendo i loro esperimenti.

Lavorando con la vita

Il santo graal del bioprinting sta generando organi 3D per i trapianti. Lavorare con cellule umane o di mammiferi è complesso. È necessario avere qualcuno in laboratorio ogni giorno prendendosi cura delle cellule e mantenere tutto il più sterile possibile. A causa di questi ostacoli, l'attuale progetto a lungo termine del gruppo BioPrinter è quello di creare un organo vegetale funzionale proof-of-concept e portarlo alla fotosintesi. Questa sarà una foglia artificiale!

Non c'è stato molto lavoro con le cellule vegetali, sollevando molte strade aperte alla ricerca. Hai bisogno di capire che tipo di tipi di celle utilizzerai, come collegarli insieme, come si presenta una struttura 3D di una foglia, ecc. Secondo D'haeseleer, la stampa 3D con cellule vegetali si adatta molto meglio a una comunità DIY laboratorio di cellule di mammifero reali.

Che funzioni o meno, l'interesse qui è di testare le cose e vedere come crescono. Un'applicazione commerciale non è l'unico scopo per i biohacker, anche se alcuni scienziati sono un po 'sopraffatti dal potenziale della loro ricerca.

"Non siamo molto orientati all'obiettivo, come se volessimo fare una startup con la bioprinting e vendere un prodotto, fare milioni di dollari ... Non ci sono troppe piante in un disperato bisogno di trapianti di foglie! Partecipiamo a questo progetto perché è una cosa divertente da fare. Facciamo qualche progresso settimana dopo settimana ", dice D'haeseleer.

Bioprinting 3D con cellule vegetali

Quando si stampa con cellule vegetali, il primo passo è quello di capire il materiale in cui le cellule verranno mantenute in posizione fino a quando non cresceranno e realizzeranno connessioni. Alcuni esperimenti in corso su BioCurious utilizzano un materiale simile al gel chiamato alginato, che ha proprietà molto interessanti. L'alginato di sodio è solubile in acqua, ma viscoso mentre l'alginato di calcio si solidifica istantaneamente. È simile alle tecniche di sferificazione viste nelle scienze alimentari, in cui una gocciolina solida è piena di liquido all'interno (controlla questa tecnica di sferificazione a freddo dell'olio che puoi fare come guarnizione di bruschetta).

Testare l'alginato come un bioink promettente e in grado di farlo da un punto di vista biologico a BioCurious. Foto di Maria Chavez

Diversi modelli di pompe a siringa sono attualmente in fase di test, tutti con lo stesso confronto: una pompa a siringa contiene le cellule all'interno di una soluzione di alginato e la seconda contiene clorite di calcio. Quando i due materiali entrano in contatto, la struttura si solidifica. Quindi si stampa effettivamente un solido con celle incorporate. L'ottimizzazione è in corso.

Un'altra sfida è decidere quale tipo di cellula è necessario. "Dovremmo prima distinguere tutte le celle e stampare le celle dove pensiamo che dovrebbero andare? Dovremmo stampare cellule indifferenziate e fattori di crescita allo stesso tempo per permettere loro di differenziare e riorganizzare in situ? "La domanda è ancora aperta per D'haeseleer. Il gruppo DIY ha sperimentato diversi tipi di cellule e non ha raccomandato l'uso di cellule di carota come di solito fanno le persone. Queste cellule staminali sono indifferenziate, il che significa che possono dare origine a diversi tipi di cellule in buone condizioni, ma sono spesso contaminate.

Blob di gel di alginato stratificato a mano estruso realizzato da BioCurious. Foto di Maria Chavez

Altri gruppi che lavorano su Bioprinting

BUGSS - Baltimora

Primo piano di una stampa fotopolimerica realizzata con la resina biocompatibile di BUGGS. Buggs

Baltimore Underground Science Space sta attualmente costruendo una piattaforma chiamata 3DP.BIO che mira a connettere scienziati, ingegneri e progettisti per accelerare la ricerca e lo sviluppo. Si concentrano sulle stampanti a resina, sullo sviluppo del software di controllo e su una resina biocompatibile che può essere utilizzata per creare scaffold 3D per la crescita cellulare.

Biohackspace di Londra

JuicyPrint usa G. hansenii e il succo per creare forme utili dalla cellulosa batterica. Foto di Alasdair Allan

La macchina JuicyPrint del Biohackspace di Londra stampa utilizzando il Gluconacetobacter hansenii, un batterio facile da coltivare utilizzando succo di frutta come fonte di cibo. G. hansenii produce uno strato di cellulosa batterica, un biopolimero forte ed eccezionalmente versatile. Tuttavia, i batteri sono stati geneticamente modificati per renderli incapaci di produrre cellulosa sotto una fonte di luce. Illuminando diversi modelli di luce su strati successivi della cultura, la struttura del prodotto finale può essere manipolata, dando vita a forme utili di cellulosa.

Pelling Lab

Le "orecchie di mela" di Pelling Lab durante il processo di decellularizzazione. Foto di Andrew Pelling

Un altro modo per far crescere tessuti o organi sarebbe utilizzare una struttura 3D già esistente come impalcatura per le cellule. Andrew Pelling descrive il processo: "Affetti una mela, lavala in acqua e sapone, quindi sterilizza. Ciò che rimane è una rete sottile di cellulosa in cui è possibile iniettare cellule umane - e crescono. "Il suo laboratorio ora sta facendo questo per coltivare i prototipi di orecchio umano.

Counter Culture Labs

Il cuore fantasma di Counter Culture Labs ha solo tessuto connettivo - tutto il materiale cellulare viene rimosso. Foto di Patrik D'haeseleer

Perché stampare in 3D quando è possibile utilizzare forme già sagomate? Caso in questione, l'esempio sorprendente di un progetto di maiale cuore da Oakland, California Counter Culture Labs.

Lo fanno estraendo tutte le cellule da un organo donatore - un cuore di maiale - lasciando solo il tessuto connettivo per renderlo un organo "fantasma". Quindi, l'idea è di ripopolarlo con le cellule che vogliono crescere.



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