Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Prototyper med levande celler

Detta är den andra delen av vår serie om biohackingstillståndet. Du kan läsa den första delen "Safari i Biohacking Society" och titta på fler artiklar i framtiden.

Bioprint är det nya trycket

Den största broen mellan tillverkarnas värld och biohackersvärlden är förmodligen den "mäktiga" 3D-skrivaren. Vad händer om istället för att använda plast, kan vi använda något biomaterial för att bygga tredimensionella strukturer? Och vad händer om vi skulle kunna använda en speciell bläck, låt oss kalla det en "bioink", som består av levande celler för att skriva ut meddelanden eller mönster?

När BioCurious började bioprinting

Vår 2014-safari sponsrad av Paris Biohackerspace leder oss till BioCurious: ett obligatoriskt stopp bland biohackersamhällen i Nordamerika. Denna banbrytande biohackerspace är värd för ett antal bra människor som samarbetar på ett DIY-bioprinterprojekt. Deras bioprinting äventyr startade 2012, när de hade sina första möten. Patrik D'Haeseleer, som för närvarande leder projektet med Maria Chavez, gav oss några detaljer och uppdateringar om sin historia.

På den tiden letade de efter samhällsprojekt som kunde ta in nya människor och låta dem samarbeta på ett projekt direkt. Ingen av dem hade en passion för en specifik bioprinting-applikation, inte heller hade de tidigare kunskaper om hur man byggde den här typen av skrivare. Ändå tycktes det vara en ganska tilltalande teknik som människor kunde leka med. Du behöver inte ens nödvändigtvis ett vått labb för att börja. Det är ett projekt som har någonting för alla, oavsett om det är 3D-utskrift, bläckstråleskrivare, 3D-design, elektronik, Arduino eller cellkultur - du heter det! Alla har något att lära sig eller något att lära.

Utskrift med försök och fel

(Eller hur viktigt det är att publicera vad som gick fel med dina experiment.)

"Du kan bara ta en kommersiell bläckstråleskrivare. Ta bläckpatronerna och skär av toppen väsentligen. Töm ut bläcket och sätt in något annat där inne. Nu kan du börja skriva ut med det, "förklarade Patrik.

Så började de på BioCurious. De skrivs med arabinose som bläck, vilket är ett naturligt växtocker, på stora kaffefilter som papper. Sedan sätter de filterpappret på en bakterie av bakterier som heter E.Coli i en Petri-skål. Dessa bakterier används vanligtvis i biolabs, men den tiden var de genetiskt modifierade för att få dem att producera ett grönt fluorescerande protein i närvaro av arabinos. I slutet började cellerna glöda exakt var arabinos trycktes.

Tekniken var faktiskt genomförbar, även om den inte var perfekt. Men det är inte hur laget får det här spännande mönstret synligt under UV-ljus: "I ♥ BIOCURIOUS".

Att använda en kommersiell skrivare är för begränsande. "Du kan behöva omvandla skrivardrivrutinen eller demontera pappershanteringsmaskinen för att kunna göra vad du vill," förklarar Patrik. Så beslutade gruppen på BioCurious att bygga sin egen bioprinter från början. Den andra versionen är den du hittar på Instructables.

Tack vare Hackteria kollektiva och GaudiLabs hade våra biohackare tanken att använda steppmotorer från cd-enheter för att bygga en 2D-plattform. Lägg till en bläckpatron som skrivhuvud och använd den med en kompatibel Arduino-skärm med öppen källkod, och du har en egen DIY-bioprinter för 150 kronor!

Den nästa och fortfarande aktuella utmaningen handlar om bläckens konsistens. Bläckpatronernas kommersiella bläckpatroner fungerar huvudsakligen med en bläck som är ganska vattnig. Men bioink innebär ett mer geliknande material med hög viskositet. DIY BioPrinter-gruppen har experimenterat med olika sprutpumpdesigner som kan ge dem möjlighet att injicera liten mängd viskös vätska genom skrivhuvudet.

Och nu kommer 3D

Att börja med en redan befintlig 3D-plattform verkade som det bästa sättet att gå utöver 2D-mönster. DIY-gruppen försökte omvandla sin befintliga 3D-skrivare till en bioprinter, genom att i första hand lägga ett bioprintingshuvud. Snart stoppades de av att arbetet på en kommersiell maskin skulle kräva lite svårt omvänd teknik och mjukvaruändring för att göra processen perfekt ... Efter ett par månader ledde detta till en död.

RepRap är den största open source-familjen av 3D-skrivare. Efter att ha köpt den mest genomförbara och prisvärda open source-skrivaren som ett kit, behövde de bara byta ut plasthuvudet för en nål eller en uppsättning nålar. Detta bioprinthuvud är kopplat till flexibla rör till sprutpumparna, som kan vara stationära.

'' RepRap-samhället är verkligen det som har gjort hela 3D-utskriftsrevolutionen möjlig, säger Patrik.

Snart nog fanns det ett samhälle kring 3D bioprint tinkering hemma och i biohackerspaces som BioCurious, BUGSS och Hackteria, alla delar deras erfarenheter.

Arbeta med livet

Bioprintingens heliga grader skriver ut 3D-organ för transplantationer (vi kommer tillbaka till detta i vår nästa del). Att arbeta med människa eller däggdjursceller är komplex. Du skulle behöva ha någon i labbet varje dag och ta hand om cellerna och hålla allt så sterilt som möjligt. Därför är gruppens nuvarande långsiktiga projekt i huvudsak ett bevis på att de kan göra ett funktionellt växtorgan och få det att fotosyntesisera. Detta kommer att vara ett konstgjort blad!

Det finns inte så mycket arbete på växtceller. Därför finns det många öppna vetenskapliga frågor som tagits upp. Du måste ta reda på vilken typ av celltyper du ska använda, hur man kopplar samman dem, hur en 3D-struktur av ett blad ser ut etc. Enligt Patrik passar 3D-utskrift med växtceller mycket bättre för DIY-gemenskapslab än mammalceller .

Oavsett om det fungerar eller inte, är intresset här att testa saker och se hur de växer. En kommersiell ansökan är inte det enda syftet med biohackare, även om vissa forskare är lite överväldigade av potentialen i sin forskning.

"Vi är inte särskilt målorienterade, som att vi vill starta bioprinting och sälja en produkt, tjäna miljarder dollar ... Det finns inte så många växter i desperat behov av bladtransplantationer! Vi deltar i projektet eftersom det är en rolig sak att göra. Vi gör vissa framsteg varje vecka, säger Patrik.

3D bioprinting med växtceller höja utmaningar

Det första steget är att räkna ut materialet i vilket cellerna ska resuspenderas. Ett matrismaterial kan hålla cellerna på plats tills de växer och gör anslutningar. Några nuvarande experiment på BioCurious använder ett geliknande material som heter alginat, vilket har mycket intressanta egenskaper. Natriumalginat är lösligt i vatten men visköst medan kalciumalginat stelnar omedelbart. Det påminner mig om sfäriseringstekniker som du ser i matvetenskap, där en fast droppe är full av flytande på insidan.

Flera sprutpumpdesigner testar nu, men alla testas med samma jämförelse: en sprutpump innehållande cellerna i en alginatlösning och den andra med kalciumklorit. När de två materialen kommer i kontakt stelnar strukturen sig. Då skriver du faktiskt en solid med inbyggda celler. Optimering pågår.

Den andra utmaningen handlar om vilken celltyp som behövs. "Ska vi differentiera alla celler först och skriva ut de celler där vi tror att de ska gå? Ska vi skriva ut odefinierade celler och tillväxtfaktorer samtidigt för att låta dem differentiera och omorganisera in situ? "Frågan är fortfarande öppen för Patrik. DIY-gruppen experimenterade med olika celltyper och rekommenderade inte att använda morotceller som människor brukar göra. Dessa stamceller är odefinierade, vilket innebär att de kan ge upphov till olika celltyper under goda förhållanden, men de är ofta förorenade.

Titta nu på följande recept: "Ta ett blad. Smash det upp för att få enskilda celler. Resuspendera dem till alginat. Skriv ut med den här lösningen plus mediet som växtcellerna behöver, hela satsen extruderas till ett kalciumkloritbad. Under de första veckorna började cellerna bleka. Men så småningom kommer den gröna tillbaka. Förklaringen kan vara en transient dedifferentiering av cellerna först och sedan en återgång till ett blads cells tillstånd. "Leafceller från tobaksplantor, en mycket robust och kort tidsgenereringslabellmodell, verkar vara lovande!

3D-utskrift Utan BioCurious: Andra spännande idéer

BUGSS - Baltimore

Baltimore Underground Science Space bygger för närvarande ett plattformssamtal 3DP.BIO som syftar till att ansluta forskare, ingenjörer och designers för att påskynda forskning och utveckling. De fokuserar på hartsskrivare, utvecklar kontrollprogrammet och ett biokompatibelt harts som kan användas för att göra 3D-byggnadsställningar för celltillväxt.

Mediated Matter MIT Medialab

MIT Medialab har också tinkat med biomaterial och tryckteknik. Här är Markus Kayser i Mediated Matters lab, som tinkar med konstiga havsdjur, piller torkade krabborskalar och blandar det för att skapa strukturer gjorda av biomaterial.

Också i sitt labb kan människor skriva ut 3D-strukturer med silkesmaskar.

Här är en intervju, instruerad av Neri Oxman, med Sunanda Sharma, medlem av Mediated Matter Lab som förklarar några av sina projekt och perspektiv kring kitin som biomaterial.

JUICY PRINT på London Biohackspace Här är ett exempel där du fortfarande skriver ut med några biomaterial, förutom den här gången har materialet blivit genetiskt modifierat så här: "JuicyPrint är som en 3D-skrivare som kan matas med fruktjuice och kan användas för att skriva ut användbara former av bakteriell cellulosa, en stark och exceptionellt mångsidig biopolymer. "Bakterierna Gluconacetobacter hansenii, som använder fruktjuice som livsmedelskälla, är genetiskt modifierade för att göra dem oförmögen att producera cellulosa under en ljusstimulering. Därför kommer endast bakterier i de mörka fläckarna att producera cellulosa. Därefter kan strukturen hos slutprodukten manipuleras genom att man skiner ett nytt ljusmönster på odlingen.

Ett annat sätt att odla vävnader eller organ skulle vara att använda en redan befintlig 3D-struktur som ett byggnadsställ för celler.

bild med tillstånd av Pelling Labs

PELLING Lab: Göra öron ur äpplen Här är ett protokoll från Andrew Pelling där "du skär ett äpple, tvätta det i tvål och vatten och sterilisera sedan det. Vad som finns kvar är ett fint nät av cellulosa, i vilken du kan injicera mänskliga celler - och de växer. "

Counter Culture Labs

Varför 3D-utskrift när du kan använda redan formade former? Titta på detta överraskande exempel nedan av ett grishjärta hos Counter Culture Labs, en biohackerspace i Oakland.

Här avlägsnar de alla celler från ett donatororgan som var ett grishjärta, vilket bara lämnade bindväven för att göra det till ett spökorgan. Då skulle tanken vara att repopulera den med någons celler.

Låt oss nu hoppa till nästa del med mer biodesignat material och arkitektur.

Ett annat sätt att tänka på 3D Bioprinting och biomaterial är att faktiskt låta naturen växa i sig ... Kan du gissa vad bilden nedan är och var i världen är detta lab baserat?

Del

Lämna En Kommentar