Come trasformare la Prusa i3 in una biostampante per il bioprinting con NOSE Nydus One Syringe Extruder

Nydus One Syringe Extruder (NOSE): Trasforma il tuo Prusa i3 in un Bioprinter

Ricercatori dalla Germania stanno esplorando la democratizzazione della bioprinting con le loro scoperte delineate in ” Nydus One Syringe Extruder (NOSE): una conversione di stampanti Prusa i3 3D per applicazioni di bioprinting “. Riconoscendo la promessa di questa nuova tecnologia e di tutto ciò che lo circonda, gli autori si concentrano sul potenziale per eliminare i test sugli animali nell’industria farmaceutica, insieme alla capacità di offrire un trattamento specifico per il paziente in quasi ogni area della medicina. Ma le applicazioni potrebbero andare ben oltre.

In questo studio, il team di ricerca studia le prestazioni di un Prusa i3 convertito con un estrusore a siringa Nydus One (NOSE), consentendo l’estrusione di idrogel e la ‘precisione di deposizione sintonizzabile’ con un supporto per siringa. Progetti come questi sono possibili grazie alla tecnologia open source, e qui il team è stato in grado di modificare il loro hardware di stampa 3D a basso costo per sperimentare la bioprinting. La combinazione di NOSE e della piattaforma Prusa i3 in un pacchetto di bioprinting open source è potenzialmente potente che potrebbe democratizzare la bioprinting in tutto il mondo. Basandosi sulla ricerca FRESH della CMU che ha già portato alla produzione di tessuti su stampanti a basso costo, questo è davvero un momento potenzialmente innovativo nella bioprinting.

Finora i bioprinters sono stati di nicchia e costano 100.000 o decine di migliaia. Con FRESH CMU ha già dimostrato per tre anni che è possibile realizzare bioprinting a basso costo per $ 500 a $ 1000. Ma questa ricerca con licenza GPL combinata con la popolare stampante 3D open source Prusa i3 potrebbe essere la cosa che rende accessibile la bioprinting. Cosa fa questo documento è una guida passo passo su come bioprint utilizzando una stampante Prusa modificata e alcune parti extra. In un colpo solo, centinaia di migliaia di operatori di Prusa potrebbero potenzialmente sperimentare la biostampa.

Indipendentemente dal tipo di hardware, software o materiali utilizzati, le sfide ancora abbondano nel bioprinting poiché i ricercatori devono lavorare sodo per mantenere in vita le cellule in laboratorio. L’open source consente ai laboratori più piccoli di progredire nella bioprinting anche perché possono aggirare il costo dell’hardware commerciale che potrebbe costare centinaia di migliaia di dollari. Le modifiche a Prusa i3 con il NASO offrono molti vantaggi, tra cui:

Una base RepRap e una licenza GPL che consentono modifiche e aprono le porte al supporto in una grande comunità di stampa 3D.
Procedura di calibrazione PINDA specializzata per la facilità d’uso e facilità nella riproduzione delle stampe
Software open source
Accessibilità e convenienza per gli utenti
Conversione convalidata per l’uso con linee cellulari, cellule staminali e stampa FRESH per strutture complesse
Una volta impostati i parametri, i ricercatori promettono un algoritmo che fornisce un “percorso privo di collisioni”. Devono essere impostati con cura e correttamente, tuttavia, e il team suggerisce che gli utenti si esercitino per primi fabbricando e sperimentando campioni di base. Se lo si desidera, il mainframe della stampante può anche essere sostituito con un telaio RebelliX.

Il documento di ricerca include anche informazioni riguardanti:

Istruzioni di funzionamento
Configurazione unica
Requisiti software e download
Slic3r setup
Routine di bioprinting
Preparazione dell’inchiostro
Supporto per la rimozione

Una selezione delle tecniche di bioprinting più comunemente utilizzate: a) La stampa a getto d’inchiostro descrive la deposizione di biomateriali (e cellule) in un intervallo di bassa viscosità mediante produzione e deposizione di gocce nell’intervallo 1-100 pL. b) Estrusione Bioprinting: un filo continuo di cellule contenenti biomateriali viene estruso attraverso un ago e depositato su una superficie di stampa. È possibile un’ampia gamma di viscosità. c) Trasferimento in avanti indotto dal laser: il biomateriale è depositato su un nastro di gel. Gli impulsi laser quindi inizializzano il rilascio di piccole gocce su una piastra del ricevitore. La scelta della tecnica di stampa dipende dalla risoluzione desiderata, dal tipo di biomateriali, dal tipo di cella e dalla densità.

I costi per la conversione di Prusa i3 in un bioprinter completo sono minimi e il metodo FRESH consente agli utenti di stampare geometrie complesse utilizzando idrogel concentrato per scopi di bioprinting. I ricercatori hanno notato, tuttavia, che il sistema NOSE era carente in alcune aree:

“Un assemblaggio di estrusori completamente a vite migliorerebbe la possibilità di modificare le iterazioni successive”, hanno affermato i ricercatori. “I movimenti rapidi del riempimento causati dal centro di massa elevato possono aumentare l’affaticamento del materiale. Una possibile soluzione qui potrebbe essere il posizionamento del servo più vicino al carrello y. I finecorsa meccanici supplementari migliorerebbero la facilità d’uso, automatizzando il riposizionamento della pressa meccanica. Inoltre, il controllo dell’estrusione termica oi diodi emettitori di raggi UV potrebbero aumentare le capacità di cross-linking e quindi la gamma di idrogel in futuro. “

L’impostazione di bioprinting del NASO ha mostrato un tasso di sopravvivenza dell’81 percento delle cellule HEK293 durante la sperimentazione e un tasso dell’85 percento promettente per le cellule staminali embrionali (mESC). Ancora una volta, tuttavia, si sono verificati alcuni problemi importanti in quanto il microgel FRESH si è dimostrato “non ideale” per le cellule esposte in 30 minuti.

La modifica NOSE consiste di quattro parti stampate in 3D: (1) la parte di montaggio del carrello y e l’adattatore per il portasiringa modulare (“adattatore principale”), (2) un supporto per siringa con un diametro adatto per 10 mL comune siringhe monouso (“porta siringa”), (3) parte per montare un servomotore NEMA17 (“servo mounter”), (4) la parte pressa per spostare il pistone-siringa (“pressa meccanica”). Tutte le parti sono state stampate usando un’altezza dello strato di 0,01 mm utilizzando strutture di supporto. Eventuali residui di strutture di supporto o cardini inadatti sono stati lucidati delicatamente con carta vetrata fine.

“Nel complesso questi risultati aprono ulteriormente l’ottimizzazione del metodo di bioprinting incorporato creando un ambiente fisiologico”, hanno concluso i ricercatori. “Il nostro approccio di bioprinting è protetto dalla licenza GPLv3, quindi ti invitiamo a riprodurre i nostri dati e modificare il nostro approccio.”

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