Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

5 लैब्स जो बायोहाकिंग प्रोजेक्ट्स के लिए 3 डी प्रिंटिंग का उपयोग करते हैं

इस लेख का मूल संस्करण,लिविंग सेल के साथ प्रोटोटाइप,बायोहाकिंग सफारी द्वारा बायोहॉकिंग की स्थिति पर एक श्रृंखला में एक किस्त के रूप में चलाया गया। संस्करण नीचे दिखाई देता है बनाना: वॉल्यूम। 56।


निर्माताओं की दुनिया और बायोहाकर्स की दुनिया के बीच सबसे बड़ा पुल शायद शक्तिशाली 3 डी प्रिंटर है। मुख्य अंतर प्लास्टिक का उपयोग करने के बजाय है, वे तीन आयामी संरचनाओं का निर्माण करने के लिए बायोमेट्रिक का उपयोग कर रहे हैं, और संदेश और पैटर्न को मुद्रित करने के लिए जीवित कोशिकाओं से बने विशेष बायोइनक्स का उपयोग कर रहे हैं।

मानव कोशिकाओं में एक अकोशिकीकृत सेब का टुकड़ा (बाएं) और एक सेब को पेलिंग लैब्स से कान के आकार (दाएं) में उकेरा जाता है। बोनी फाइंडली द्वारा फोटो

बायोक्यूरियस ने बायोप्रीनिंग कैसे शुरू की

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नॉर्थ अमेरिका में बायोचेयर समुदायों के बीच बायोक्यूरियस एक अनिवार्य पड़ाव है। कैलिफोर्निया के सनीवेल में स्थित यह अग्रणी स्थान, DIY बायोप्रिन्टर परियोजना पर सहयोग करने वाले कई महान लोगों की मेजबानी करता है। उनकी बायोप्रीनिंग एडवेंचर 2012 में शुरू हुई, जब उनका पहला मुलाकात हुआ। मारिया शावेज़ के साथ इस परियोजना का नेतृत्व कर रहे पैट्रिक डीहासेलेर के अनुसार, वे सामुदायिक परियोजनाओं की तलाश कर रहे थे जो नए लोगों को अंतरिक्ष में ला सकें और उन्हें जल्दी से सहयोग करने दें। किसी भी परियोजना के नेताओं के पास किसी विशिष्ट बायोप्रीनिंग को ध्यान में नहीं रखा गया था, न ही उन्हें इस तरह के प्रिंटर का निर्माण करने का पूर्व ज्ञान था। फिर भी, यह एक काफी भरोसेमंद तकनीक प्रतीत हुई, जिसे लोग खेल सकते थे।

“आप सिर्फ एक वाणिज्यिक इंकजेट प्रिंटर ले सकते हैं। इंकजेट कारतूस ले लो और आवश्यक रूप से शीर्ष काट दिया। स्याही को खाली करें और वहां कुछ और डालें। अब आप इसकी छपाई शुरू कर सकते हैं।

बायोक्यूरियस समूह ने बड़े कॉफी फिल्टर पर छपाई करके शुरू किया, जो अरबी के साथ स्याही को प्रतिस्थापित करता है, जो कि एक प्राकृतिक पौधा चीनी है। फिर उन्होंने ई। कोलाई बैक्टीरिया की एक संस्कृति के ऊपर फिल्टर पेपर को आनुवंशिक रूप से संशोधित किया जो कि अरबी की उपस्थिति में एक हरे रंग के फ्लोरोसेंट प्रोटीन का उत्पादन करने के लिए संशोधित किया गया। कोशिकाएं ठीक उसी तरह चमकने लगीं, जैसे कि अरेबिनोज छपी थी।

इसके लिए वाणिज्यिक प्रिंटर को संशोधित करना, जैसा कि वे कर रहे थे, चुनौतियों को प्रस्तुत किया। डीआहसेलेरर कहते हैं, "आपको प्रिंटर ड्राइवर को रिवर्स करने की आवश्यकता हो सकती है या आप जो चाहते हैं, वह करने में सक्षम होने के लिए पेपर हैंडलिंग मशीनरी को अलग कर सकते हैं।"

BioCurious की $ 150 DIY BioPrinter के साथ पहली बड़ी सफलता: एक इंकजेट प्रिंटहेड के साथ एगर पर मुद्रित फ्लोरोसेंट ई कोलाई। पैट्रिक डेशेलेर द्वारा फोटो

इसलिए समूह ने खरोंच से अपने स्वयं के बायोपिन्टर का निर्माण करने का निर्णय लिया। उनका दूसरा संस्करण सीडी ड्राइव से स्टेपर मोटर्स, प्रिंट हेड के रूप में एक इंकजेट कारतूस, और इसे चलाने के लिए एक खुला स्रोत Arduino ढाल है - सिर्फ $ 150 के लिए एक DIY बायोपिन्टर जो आप इंस्ट्रक्शंस पर पा सकते हैं।

अगली और अभी भी वर्तमान चुनौती स्याही की स्थिरता से संबंधित है। वाणिज्यिक कारतूस स्याही के साथ काम करते हैं जो बहुत पानी है। लेकिन बायोइंक को उच्च चिपचिपाहट के साथ अधिक जेल जैसी सामग्री की आवश्यकता होती है। DIY बायोप्रिंटर समूह विभिन्न सिरिंज पंप डिजाइन के साथ प्रयोग कर रहा है जो उन्हें "बायो प्रिंट हेड" के माध्यम से छोटी मात्रा में चिपचिपा तरल इंजेक्षन करने की अनुमति दे सकता है।

बायोक्यूरियस का शुरुआती प्रिंटर: डीवीडी ड्राइव से बने प्लेटफॉर्म पर $ 11 सिरिंज पंप लगे हैं। पैट्रिक डेशेलेर द्वारा फोटो

3 डी में जा रहा है

पहले से मौजूद 3 डी प्लेटफॉर्म के साथ शुरू करना 2 डी पैटर्न से परे जाने का सबसे अच्छा तरीका था। समूह ने पहले अपने मौजूदा 3 डी प्रिंटर को सीधे उस पर बायो प्रिंट हेड जोड़कर संशोधित करने का प्रयास किया। हालांकि, उनकी व्यावसायिक मशीन को प्रक्रिया को सही करने के लिए कुछ कठिन रिवर्स इंजीनियरिंग और सॉफ्टवेयर संशोधन की आवश्यकता थी। कुछ महीनों के बाद, यह एक मृत अंत बन गया।

3D प्रिंटर के रिप्रैप परिवार ने अगले चरण को प्रभावित किया। एक सस्ती ओपन सोर्स प्रिंटर किट खरीदने के बाद, बायोप्रिंटिंग टीम लचीली ट्यूबों के साथ प्रिंट सिर के लिए प्लास्टिक एक्सट्रूज़न प्रिंट सिर को बदलने में सक्षम थी जो स्थिर सिरिंज पंपों के एक सेट से जुड़ा था। इसने काम कर दिया।

ओपन सिरिंज पंप के साथ बायोक्यूरियस के नवीनतम 3 डी बायोप्रिन्टर प्लेटफॉर्म में एक रिपरैप परिवर्तित करना। मारिया शावेज द्वारा फोटो

"रिपरैप समुदाय वास्तव में वही है जिसने पूरे 3 डी प्रिंटिंग क्रांति को संभव बनाया है," डीसेलेर कहते हैं।

जल्द ही 3 डी बायोप्रीनिंग के आसपास एक समुदाय था, घर पर और बायोचर्सपर्स जैसे बायोक्र्यूरियस, बग्स और हैकेरिया में टिंकरिंग, सभी अपने प्रयोगों को साझा कर रहे थे।

जीवन के साथ काम करना

बायोप्रिनेटिंग की पवित्र कब्र प्रत्यारोपण के लिए 3 डी अंगों का निर्माण कर रही है। मानव या स्तनधारी कोशिकाओं के साथ काम करना जटिल है। आपको कोशिकाओं की देखभाल करने और हर चीज को यथासंभव बाँझ रखने के लिए हर दिन लैब में किसी के पास होना चाहिए। इन बाधाओं के कारण, BioPrinter समूह की वर्तमान दीर्घकालिक परियोजना एक सबूत-की-अवधारणा कार्यात्मक संयंत्र अंग बनाने और इसे प्रकाश संश्लेषण करने के लिए प्राप्त करना है। यह एक कृत्रिम पत्ता होगा!

संयंत्र कोशिकाओं के साथ बहुत काम नहीं हुआ है, अनुसंधान के लिए बहुत सारे खुले मार्ग हैं। आपको यह पता लगाने की आवश्यकता है कि आप किस प्रकार के सेल प्रकारों का उपयोग करेंगे, उन्हें एक साथ कैसे कनेक्ट करें, पत्ती की 3 डी संरचना कैसी दिखती है, आदि। डी'हेसलेर के अनुसार, प्लांट कोशिकाओं के साथ 3 डी प्रिंटिंग एक DIY समुदाय के लिए बहुत बेहतर बैठता है वास्तविक स्तनधारी कोशिकाओं की तुलना में प्रयोगशाला।

यह काम करता है या नहीं, यहां रुचि चीजों को परखने और यह देखने के लिए है कि वे कैसे बढ़ते हैं। एक व्यावसायिक अनुप्रयोग केवल बायोहकर्स के लिए एकमात्र उद्देश्य नहीं है, भले ही कुछ वैज्ञानिक अपने शोध की क्षमता से थोड़ा अभिभूत हों।

"हम बहुत लक्ष्य उन्मुख नहीं हैं, जैसे हम एक स्टार्टअप को बायोप्रीनिंग से बाहर करना चाहते हैं और एक उत्पाद बेचते हैं, लाखों डॉलर बनाते हैं ... पत्ती प्रत्यारोपण की सख्त जरूरत नहीं है! हम इस परियोजना में भाग लेते हैं क्योंकि यह एक मजेदार बात है। हम सप्ताह के बाद कुछ प्रगति करते हैं।

पौधों की कोशिकाओं के साथ 3 डी बायोप्रीनिंग

पौधे की कोशिकाओं के साथ मुद्रण करते समय, पहला कदम उस सामग्री का पता लगाना है जिसमें कोशिकाएँ तब तक रहने वाली हैं जब तक वे बढ़ती नहीं हैं और संबंध बनाती हैं। बायोक्यूरियस के कुछ वर्तमान प्रयोगों में एल्गिनट नामक जेल जैसी सामग्री का उपयोग होता है, जिसमें बहुत ही रोचक गुण होते हैं। सोडियम एल्गिनेट पानी में घुलनशील होता है, लेकिन चिपचिपा होता है जबकि कैल्शियम एल्गिनेट तुरन्त जम जाता है। यह खाद्य विज्ञान में देखी गई स्फेरिफिकेशन तकनीकों के समान है, जहां एक ठोस बूंद अंदर से तरल से भरी होती है (इस ठंडे तेल के गोलाकार तकनीक को देखें जो आप ब्रूशेटा टॉपिंग के रूप में बना सकते हैं)।

BioCurious में एक आशाजनक DIY-सक्षम और सुलभ बायोइनक के रूप में एल्गिनेट का परीक्षण। मारिया शावेज द्वारा फोटो

कई सिरिंज पंप डिजाइन अब परीक्षण में हैं, सभी एक ही तुलना का उपयोग कर रहे हैं: एक सिरिंज पंप में एक एल्गिनेट समाधान के भीतर कोशिकाएं होती हैं, और दूसरे में कैल्शियम क्लोराइट होता है। जब दो सामग्रियां संपर्क में आती हैं, तो संरचना जम जाती है। तब आप वास्तव में एम्बेडेड सेल के साथ एक ठोस प्रिंट करते हैं। अनुकूलन चल रहा है।

एक अन्य चुनौती यह तय कर रही है कि सेल प्रकार की आवश्यकता क्या है। “क्या हमें पहले सभी कोशिकाओं को अलग करना चाहिए और उन कोशिकाओं को प्रिंट करना चाहिए जहां हमें लगता है कि उन्हें जाना चाहिए? क्या हमें स्वस्थानी में अंतर करने और पुनर्व्यवस्थित करने के लिए एक ही समय में अविभाजित कोशिकाओं और वृद्धि कारकों को प्रिंट करना चाहिए? ”सवाल डीसेलेर के लिए अभी भी खुला है। DIY समूह ने विविध सेल प्रकारों के साथ प्रयोग किया और गाजर कोशिकाओं का उपयोग करने की अनुशंसा नहीं की जैसा कि आमतौर पर लोग करते हैं। ये स्टेम कोशिकाएं उदासीन हैं, जिसका अर्थ है कि वे अच्छी परिस्थितियों में विभिन्न प्रकार के सेल को जन्म दे सकते हैं, लेकिन वे अक्सर दूषित होते हैं।

BioCurious में बनाए गए हाथ से निकाले गए एलेगनेट जेल की बूँद। मारिया शावेज द्वारा फोटो

बायोप्रीनिंग पर काम करने वाले अन्य समूह

बग्स - बाल्टीमोर

BUGGS की बायोकम्पैटिबल राल के साथ किए गए एक फोटोपॉलिमर प्रिंट का क्लोज़अप। Buggs

बाल्टीमोर अंडरग्राउंड साइंस स्पेस वर्तमान में एक मंच कॉल 3DP.BIO का निर्माण कर रहा है जिसका उद्देश्य वैज्ञानिकों, इंजीनियरों और डिजाइनरों को अनुसंधान और विकास में तेजी लाने के लिए कनेक्ट करना है। वे रेज़ल प्रिंटर पर ध्यान केंद्रित करते हैं, एक बायोकंपैटिबल राल के साथ कंट्रोल सॉफ्टवेयर विकसित करते हैं जो सेल विकास के लिए 3 डी स्कैफोल्ड बनाने के लिए उपयोग किया जा सकता है।

लंदन बायोहाकस्पेस

JuicyPrint बैक्टीरिया सेलूलोज़ से उपयोगी आकृतियाँ बनाने के लिए G. hansenii और रस का उपयोग करता है। फ़ोटो Alasdair एलन द्वारा

लंदन बायोहाकस्पेस की रसदारप्रींट मशीन ग्लूकोनासेटोबैक्टर हंसनी का उपयोग करके प्रिंट करती है, एक बैक्टीरिया जो खाद्य स्रोत के रूप में फलों के रस का उपयोग करना आसान है। जी। Hansenii बैक्टीरिया सेलूलोज़ की एक परत का उत्पादन करता है, एक मजबूत और असाधारण बहुमुखी बायोपॉलिमर। हालांकि, बैक्टीरिया को आनुवंशिक रूप से संशोधित किया गया है ताकि वे प्रकाश स्रोत के तहत सेल्यूलोज का उत्पादन करने में असमर्थ हो सकें। संस्कृति की क्रमिक परतों पर प्रकाश के विभिन्न पैटर्न को चमकाने से, अंतिम उत्पाद की संरचना में हेरफेर किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप सेल्यूलोज से बने उपयोगी आकृतियां बन सकती हैं।

पेलिंग लैब

अवनयन प्रक्रिया के दौरान पेलिंग लैब के "एप्पल कान"। एंड्रयू पेलिंग द्वारा फोटो

ऊतकों या अंगों को विकसित करने का एक और तरीका कोशिकाओं के लिए एक पहले से मौजूद 3 डी संरचना का उपयोग करना होगा। एंड्रयू पेलिंग ने इस प्रक्रिया का वर्णन किया है: “आप एक सेब का टुकड़ा करते हैं, इसे साबुन और पानी में धोते हैं, फिर इसे निष्फल करते हैं। बायीं ओर सेल्यूलोज की एक महीन जाली है, जिसमें आप मानव कोशिकाओं को इंजेक्ट कर सकते हैं - और वे बढ़ते हैं। ”उनकी प्रयोगशाला अब मानव कान के प्रोटोटाइप को विकसित करने के लिए कर रही है।

काउंटर कल्चर लैब्स

काउंटर कल्चर लैब्स के भूत दिल में केवल संयोजी ऊतक होता है - सभी सेलुलर सामग्री को हटा दिया जाता है। पैट्रिक डी'हैसेलेर द्वारा फोटो

जब आप पहले से ही आकार रूपों का उपयोग कर सकते हैं तो 3D प्रिंट क्यों? इस मामले में, ओकलैंड, कैलिफोर्निया की काउंटर कल्चर लैब्स से एक सुअर दिल परियोजना का आश्चर्यजनक उदाहरण।

वे एक दाता अंग से सभी कोशिकाओं को बाहर निकालकर बनाते हैं - एक सुअर दिल - इसे "भूत" अंग बनाने के लिए केवल संयोजी ऊतक को छोड़कर। फिर, विचार यह है कि इसे उन कोशिकाओं के साथ फिर से विभाजित करें जिन्हें वे विकसित करना चाहते हैं।

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