Prototipēšana ar dzīvajām šūnām - 💡 Fix My Ideas

Prototipēšana ar dzīvajām šūnām

Prototipēšana ar dzīvajām šūnām


Autors: Ethan Holmes, 2019

Šī ir mūsu sērijas otrā daļa par bioatkritumu stāvokli. Jūs varat izlasīt pirmo iemaksu “Safari biohacking sabiedrībā” un skatīties vairāk rakstu nākotnē.

Bioprint ir jauns drukāts

Lielākais tilts starp veidotāju pasauli un biohackers pasauli, iespējams, ir „varens” 3D printeris. Kas notiks, ja plastmasu izmantošanas vietā mēs varētu izmantot jebkuru biomateriālu, lai izveidotu trīsdimensiju struktūras? Un kas notiks, ja mēs varētu izmantot īpašu tinti, saukt to par “bioink”, kas izgatavots no dzīvām šūnām, lai drukātu ziņas vai rakstus?

Kad BioCurious sākās Bioprinting

Mūsu 2014. gada safari, ko sponsorē Parīzes Biohackerspace, ved mūs uz BioCurious: obligātu apstāšanos starp biohacker kopienām Ziemeļamerikā. Šis novatoriskais biohackerspace rīko vairākus lieliskus cilvēkus, kas sadarbojas DIY bioprintera projektā. Viņu bioprintēšanas piedzīvojums sākās 2012. gadā, kad viņiem bija pirmā tikšanās. Patrik D'heeseleer, kurš pašlaik vada projektu kopā ar Maria Chavez, sniedza mums sīkāku informāciju un atjauninājumus par savu stāstu.

Tajā laikā viņi meklēja kopienas projektus, kas varētu radīt jaunus cilvēkus un ļaut viņiem tūlīt sadarboties ar projektu. Nevienai no tām nebija aizraušanās ar konkrētu bioprintēšanas programmu, kā arī iepriekšējām zināšanām par to, kā veidot šāda veida printeri. Tomēr šķiet, ka tā ir diezgan saprotama tehnoloģija, ar kuru cilvēki varēja spēlēt. Jums pat nav nepieciešams, lai sāktu mitru laboratoriju. Tas ir projekts, kam ir kaut kas ikvienam, vai tas ir 3D drukāšana, tintes drukāšana, 3D dizains, elektronika, Arduino vai šūnu kultūra - jūs to nosaucat! Ikvienam ir kaut ko mācīties vai kaut ko mācīt.

Drukāšana, izmantojot izmēģinājumu un kļūdu

(Vai arī, cik svarīgi ir publicēt to, kas ar jūsu eksperimentiem kļuva nepareizi.)

„Jūs varat veikt komerciālu tintes printeri. Veikt tintes kasetnes un nogrieziet augšpusē būtībā. Iztukšojiet tinti un turiet kaut ko citu. Tagad jūs varat sākt drukāt, ”paskaidroja Patriks.

Tādā veidā viņi sāka darboties BioCurious. Ar lieliem kafijas filtriem papīra veidā tie ir iespiesti ar arabinozi, kas ir dabisks augu cukurs. Tad viņi ievietoja šo filtrpapīru uz baktēriju kultūru, ko sauc par E.Coli Petri trauciņā. Šīs baktērijas parasti tiek izmantotas biolabos, bet tajā laikā tās tika ģenētiski modificētas, lai tās ražotu zaļo fluorescējošu proteīnu arabinozes klātbūtnē. Beigās šūnas sāka spīdēt tieši uz vietas, kur tika izdrukāta arabinoze.

Šī metode patiešām bija iespējama, pat ja tā nebija perfekta. Bet tā nav tā, kā komanda saņem šo aizraujošo modeli, kas redzams UV gaismā: “I ♥ BIOCURIOUS”.

Tirdzniecības printera izmantošana ir pārāk ierobežota. „Iespējams, jums būs jāpārveido printera draiveris vai izjaukt papīra apstrādes iekārtas, lai varētu darīt to, ko vēlaties,” skaidro Patrik. Tātad BioCurious grupa nolēma izveidot savu bioprinteru no nulles. Šī otrā versija ir tā, ko varat atrast Instructables.

Pateicoties Hackteria kolektīvam un GaudiLabs, mūsu biohackeriem bija ideja izmantot CD diskdziņu motorus, lai izveidotu 2D platformu. Pievienojiet tintes kasetni kā drukas galviņu un savienojiet to ar saderīgu atvērtā koda Arduino vairogu, un jums ir savs DIY bioprinteris par $ 150!

Nākamais un pašreizējais izaicinājums attiecas uz tintes konsekvenci. Tintes printeru tintes kasetnes darbojas galvenokārt ar tinti, kas ir diezgan ūdeņains. Bet bioink nozīmē vairāk gela līdzīgu materiālu ar augstu viskozitāti. DIY BioPrinter grupa ir eksperimentējusi ar dažādiem šļirces sūkņa konstrukcijām, kas ļautu viņiem injicēt nelielu daudzumu viskoza šķidruma caur drukas galviņu.

Un tagad nāk 3D

Sākot ar jau esošo 3D platformu, šķiet, tas ir labākais veids, kā pārsniegt 2D modeļus. DIY grupa mēģināja pārvērst savu esošo 3D printeri bioprinterā, vispirms ievietojot bioprinting galvu. Drīz tie tika apturēti ar to, ka, strādājot pie komerciālas mašīnas, būtu nepieciešama sarežģīta reversā inženierija un programmatūras pārveidošana, lai pilnveidotu procesu… Pēc pāris mēnešiem tas noveda pie strupceļa.

RepRap ir galvenais atvērtā pirmkoda ģimenes 3D printeri. Pērkot visizdevīgāko un pieejamu atvērtā pirmkoda printeri kā komplektu, viņiem vienkārši bija jāizslēdz plastmasas ekstrudēšanas galviņa adatai vai adatu kopai. Šī bioprint galviņa ir savienota ar elastīgām caurulēm uz šļirces sūkņiem, kas var palikt stacionāri.

““ RepRap kopiena patiešām ir padarījusi visu 3D drukāšanas revolūciju iespējamu, ”sacīja Patriks.

Drīz vien mājās un biohackerspaces, piemēram, BioCurious, BUGSS un Hackteria, bija kopiena, kas aptvēra 3D bioprint tinkering.

Darbs ar dzīvi

Bioprinting Svētais Grāls drukā transplantācijai 3D orgānus (mēs atgriezīsimies pie šī nākamā iemaksa). Darbs ar cilvēka vai zīdītāju šūnām ir sarežģīts. Jums katru dienu būtu nepieciešams kāds, kas rūpējas par šūnām un uzturētu visu pēc iespējas sterilāku. Tāpēc pašreizējais grupas ilgtermiņa projekts būtībā ir pierādījums tam, ka viņi var izveidot funkcionālu augu orgānu un iegūt to fotosintēzei. Tā būs mākslīga lapa!

Augu šūnās nav tik daudz darba. Tāpēc ir daudz atklātu zinātnes jautājumu. Jums ir jāprecizē, kāda veida šūnu tipi tiks izmantoti, kā tos savienot kopā, kā izskatās lapas 3D struktūra utt. Saskaņā ar Patriku 3D drukāšana ar augu šūnām daudz labāk atbilst DIY kopienas laboratorijai nekā mammīliešu šūnām .

Neatkarīgi no tā, vai tas darbojas vai ne, interese ir pārbaudīt lietas un redzēt, kā tās aug. Komerciāla pielietošana nav vienīgais mērķis biohackers, lai gan daži zinātnieki ir mazliet pārspīlēta to pētniecības potenciālu.

„Mēs neesam ļoti orientēti uz mērķi, piemēram, mēs vēlamies uzsākt bioprinting un pārdot produktu, padarīt miljoniem dolāru ... Nav pārāk daudz augu, kas izmisīgi vēlas lapu pārstādīšanu! Mēs piedalāmies šajā projektā, jo tas ir jautri. Nedēļu pēc nedēļas mēs gūstam zināmu progresu, ”komentē Patrik.

3D bioprinting ar augu šūnām Paaugstināt problēmas

Pirmais solis ir izdomāt materiālu, kurā šūnas tiks atkārtoti suspendētas. Matricas materiāls var turēt šūnas, līdz tās aug un izveido savienojumus. Daži pašreizējie BioCurious eksperimenti izmanto gēla tipa materiālu, ko sauc par alginātu, kam ir ļoti interesantas īpašības. Nātrija algināts šķīst ūdenī, bet viskozs, bet kalcija algināts uzreiz sacietē. Tas man atgādina sfērifikācijas paņēmienus, ko jūs redzat pārtikas zinātnē, kur iekšpusē ir pilna pilna piliena piliens.

Vairākas šļirces sūkņa konstrukcijas šobrīd tiek pārbaudītas, bet visas tiek pārbaudītas ar tādu pašu salīdzinājumu: viens šļirces sūknis, kas satur algināta šķīduma šūnas un otrs ar kalcija hlorītu. Kad abi materiāli nonāk saskarē, struktūra sacietē. Tad jūs faktiski izdrukājat cieto materiālu ar iegultām šūnām. Notiek optimizācija.

Otrais izaicinājums ir par vajadzīgo šūnu tipu. “Vai mums vispirms ir jānošķir visas šūnas un izdrukājiet šūnas, kur mēs domājam, ka tām vajadzētu doties? Ja vienlaicīgi drukātu nediferencētas šūnas un augšanas faktorus, lai ļautu viņiem diferencēt un pārkārtot in situ? ”Jautājums joprojām ir Patrikam. DIY grupa eksperimentēja ar dažādiem šūnu tipiem un neiesaka izmantot burkānu šūnas, kā cilvēki parasti dara. Šīs cilmes šūnas ir nediferencētas, kas nozīmē, ka tās var radīt dažādus šūnu tipus labos apstākļos, bet tie bieži ir piesārņoti.

Tagad paskatieties uz sekojošu recepti: „Ņemiet lapu. Smash to up, lai iegūtu atsevišķas šūnas. Atkārtoti suspendējiet tos alginātā. Izdrukājiet ar šo šķīdumu, kā arī barotni, kas nepieciešama augu šūnām, viss ir ekstrudēts kalcija hlorīta vannā. Pirmo nedēļu laikā šūnas sāka balināt. Bet visbeidzot, zaļš atgriežas. Paskaidrojums varētu būt šūnu pārejoša diferenciācija vispirms un pēc tam atgriešanās pie lapu šūnu stāvokļa. ”Šķiet, ka daudzsološs un īss laika paaudzes laboratorijas modelis ir tabakas augu lapas.

3D drukāšana ārpus BioCurious: citas aizraujošas idejas

BUGSS - Baltimora

Baltimoras pazemes zinātnes telpa pašlaik veido platformu, kurā zvans 3DP.BIO, kura mērķis ir savienot zinātniekus, inženierus un dizainerus, lai paātrinātu pētniecību un attīstību. Tie koncentrējas uz sveķu printeriem, izstrādājot vadības programmatūru un bioloģiski saderīgu sveķi, ko var izmantot, lai veidotu 3D sastatnes šūnu augšanai.

Mediētais MIT Medialab

MIT Medialab ir bijis arī ar biomateriāliem un drukas tehnoloģijām. Šeit ir Markus Kayser Mediated Matter laboratorijā, kas apkaimē dīvainus jūras dzīvniekus, iepilda žāvētus krabju čaumalus un sajauc to, lai izveidotu no biomateriāliem izgatavotas struktūras.

Arī viņa laboratorijā cilvēki var 3D drukas struktūras izmantot, izmantojot zīda tārpus.

Lūk, intervija, kuru vadīja Neri Oxman, ar Mediācijas materiālu laboratorijas dalībnieku Sunandu Šarmu, kurš izskaidro dažus no saviem projektiem un perspektīvām ap chitin kā biomateriālu.

JUICY PRINT London Biohackspace Šeit ir piemērs, kur jūs joprojām drukājat ar dažiem biomateriāliem, izņemot šo reizi, kad materiāls ir ģenētiski modificēts: “JuicyPrint ir kā 3D printeris, ko var barot ar augļu sulu un ko var izmantot, lai izdrukātu noderīgas formas, kas izgatavotas no baktērijas celulozes, spēcīga un ārkārtīgi daudzpusīga biopolimēra. ”Baktērijas Gluconacetobacter hansenii, kas izmanto augļu sulu kā pārtikas avotu, ir ģenētiski modificētas, lai tās nespētu ražot celulozi vieglā stimulācijā. Tāpēc tikai baktērijas tumšajos plāksteros radīs celulozi. Tad gala produkta struktūru var manipulēt, spīdot jaunu gaismas modeli uz kultūru.

Vēl viens veids, kā audzēt audus vai orgānus, būtu izmantot jau esošu 3D struktūru kā šūnu pamatni.

attēlu pieklājīgi no Pelling Labs

PELLING Lab: Ābolu izgatavošana no āboliem Šeit ir Andrew Pelling protokols, kurā “jūs sagrieziet ābolu, nomazgājiet to ziepēs un ūdenī, tad sterilizējiet to. Kas ir kreisajā pusē ir smalka celulozes acs, kurā jūs varat injicēt cilvēka šūnas - un tās aug.

Counter Kultūras laboratorijas

Kāpēc 3D druka, ja jūs varat izmantot jau veidotas formas? Aplūkojiet šo pārsteidzošo piemēru zemāk par cūku sirdi Counter Culture Labs, biohackerspace Oakland.

Šeit viņi izdzēš visas šūnas no donora orgāna, kas bija cūku sirds, atstājot tikai saistaudu, lai padarītu to par spoku orgānu. Tad ideja būtu atjaunot to ar kādu šūnu.

Tagad pāriet uz nākamo iemaksu ar vairāk bioloģiski konstruētu materiālu un arhitektūru.

Vēl viens veids, kā domāt par 3D Bioprinting un biomateriāliem, ir faktiski ļaut dabai augt pats par sevi… Vai jūs varat uzminēt, kāda ir zemāk redzamā aina un kur pasaulē šī laboratorija ir balstīta?



Jums Var Būt Interesē

Ko jūs lasāt MAKE Vol 1-14!

Ko jūs lasāt MAKE Vol 1-14!


2018's Rosie Riveter ir 6 pēdu garš Crowdsourced skulptūra

2018's Rosie Riveter ir 6 pēdu garš Crowdsourced skulptūra


Maker Faire Vienna iepazīstas ar ēkas nākotni

Maker Faire Vienna iepazīstas ar ēkas nākotni


Maker Faire Austin: Labu cilvēku svinēšana tā ir dīvaina

Maker Faire Austin: Labu cilvēku svinēšana tā ir dīvaina