นักวิจัยและพัฒนา ดัดแปลงพัฒนาเครื่องพิมพ์ชีวภาพ 3 มิติ สำหรับการผลิตผิวหนังมนุษย์

3D Print “ผิวหนังมนุษย์” คำอาจจะดูน่ากลัวไปหน่อย แต่จริงๆเป็นการสร้างเซลส์ เนื้อเยื่อเทียมที่คล้ายกับผิวหนังและใกล้เคียงมากกว่า เพื่อนำไปใช้ในงานวิจัย เพื่อทำยารักษาโรค พัฒนาผลิตภัณฑ์นั่นเอง และในวันนี้อาจจะดูห่างไกลมากหน่อยสำหรับผู้ใช้งาน 3D Printer เพราะเราจะพาไปชมอีกศาสตร์นึงของ 3D Printer ที่อาจจะไม่ได้เกี่ยวข้องกับสิ่งที่เราทั่วๆไปใช้งานอยู่ในปัจจุบัน เรียกว่า “3D Bioprinter” และเคยมีเรื่องเกี่ยวกับประมาณแบบนี้แล้วนั่นคือ 3D Printer ที่สามารถพิมพ์เนื้อวากิวได้ ซึ่งเครื่องระดับนั้นเป็นเครื่องพิมพ์ bioprinter ที่เป็นระดับสูงมากๆ  ซึ่งส่วนใหญ่จะใช้วัสดุ μCollaFibR and CollaFibR 3D เป็นสารคล้ายเจลซึ่งประกอบด้วย Host ของเซลล์ต่างๆ ถ้าหากพูดถึงการทำผิวหนังมนุษย์ปกติแล้วการผลิตเนื้อเยื่อผิวหนังสำหรับทดสอบ มักจะทำในรูปแบบ 2D เนื่องจากต้องการนำไปวิจัยเพียงส่วนทางบางๆ แต่ครั้งนี้ได้นำมาทำให้เป็นก้อน 3D เพื่อวิจัยส่วนลึกภายใต้ผิวหนังนั่นเอง

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยคาร์ดิฟฟ์ได้พัฒนาเครื่องพิมพ์ชีวภาพสามมิติ ของตัวเองนำโดย Dr. Christopher Thomas, Dr. Oliver Castell และ Dr. Sion Coulman จาก Cardiff’s School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences โครงการนี้พยายามที่จะทำให้การพิมพ์ชีวภาพ 3 มิติมีราคาไม่แพงและเข้าถึงได้มากขึ้น

เครื่องนี้สามารถพิมพ์เลเยอร์เซลล์ที่มีความละเอียดสูงแบบ 3 มิติได้อย่างแม่นยำเพื่อจำลองโครงสร้างของเนื้อเยื่อมนุษย์ ปัจจุบันมหาวิทยาลัยคาร์ดิฟฟ์กำลังใช้เครื่องพิมพ์ชีวภาพเลโก้เพื่อพิมพ์เลเยอร์เซลล์ผิวหนังแบบ 3 มิติ เพื่อทำงานเป็นแบบจำลองผิวหนังขนาดเต็ม และยังสามารถใช้เพื่อเพิ่มเซลล์ที่เป็นโรคให้กับแบบจำลองผิวหนังที่มีสุขภาพดี สิ่งนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถประเมินได้ว่าสภาพผิวมีการพัฒนาอย่างไร และเซลล์ที่มีสุขภาพดีและเซลล์ที่เป็นโรคมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไร การจำลองความคืบหน้าของโรคผิวหนังช่วยให้นักวิจัยสามารถพัฒนาวิธีการรักษาได้ในที่สุด

การพัฒนาเครื่องพิมพ์ชีวภาพ 3D ที่ใช้งานได้ 

ทีมวิศวกรและนักชีววิทยาสหสาขาวิชาชีพร่วมกันออกแบบ วิศวกรรม สร้าง และตั้งโปรแกรมเครื่องพิมพ์ชีวภาพ ทีมงานใช้การผสมผสานระหว่างตัวต่อเลโก้มาตรฐาน ชิ้นส่วนจาก Lego Mindstorms ซึ่งเป็นแบรนด์ย่อยเชิงกลของ Lego และเครื่องสูบน้ำในห้องปฏิบัติการเพื่อสร้างเครื่องพิมพ์ชีวภาพ

ในขณะที่เลโก้ได้ถูกนำมาใช้เพื่อสร้างเครื่องพิมพ์ 3 มิติมาตรฐานแล้ว เครื่องพิมพ์ชีวภาพ 3 มิติต้องการความแม่นยำ ความน่าเชื่อถือ และความเสถียรในระดับสูงเป็นพิเศษเพื่อใช้ในห้องปฏิบัติการ ทีมงานของมหาวิทยาลัยคาร์ดิฟฟ์อ้างว่าเครื่องพิมพ์ชีวภาพ Lego 3D ของพวกเขาแม้ว่าจะยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น แต่ก็มีระดับความแม่นยำที่จำเป็นในการพิมพ์วัสดุชีวภาพที่ละเอียดอ่อนแบบ 3 มิติ

เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ ขั้นแรก หัวฉีดจะปล่อยไบโออิงค์ที่มีลักษณะเหมือนเจลซึ่งเต็มไปด้วยเซลล์ลงบนจาน คอมพิวเตอร์ Lego Mindstorm ขนาดเล็กควบคุมการเคลื่อนไหวของเครื่องพิมพ์ 3 มิติ อุปกรณ์นี้เคลื่อนจานไปตามแกน X และ Y ในขณะเดียวกันก็เลื่อนหัวฉีดไปตามแกน Z ในระหว่างการอัดขึ้นรูป การเคลื่อนไหวที่ตั้งโปรแกรมได้เหล่านี้สร้างชั้นของเซลล์เพื่อจำลองโครงสร้าง 3 มิติของเนื้อเยื่อมนุษย์

การพิมพ์ชีวภาพ 3 มิติสำหรับการใช้งานทางการแพทย์

การใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ชีวภาพ 3 มิติสำหรับการใช้งานทางการแพทย์ไม่ใช่เรื่องใหม่ เมื่อต้นปีที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัย Swanseaได้ประกาศว่าพวกเขากำลังพัฒนาจมูกมังสวิรัติแบบพิมพ์ 3 มิติเพื่อใช้ในการปลูกถ่ายจมูกเทียม ที่นี่ ไฮโดรเจลนาโนเซลลูโลสและกรดไฮยาลูโรนิกถูกใช้เป็นหมึกชีวภาพเพื่อพิมพ์โครงร่างกระดูกอ่อนเทียมแบบ 3 มิติ หลังจากการบ่ม โครงนี้จะถูกแช่ในสารละลายเซลล์กระดูกอ่อนของผู้ป่วย ก่อนที่จะทำการปลูกถ่าย

ที่อื่น3D BioFibRซึ่งเป็นบริษัทด้านวิศวกรรมเนื้อเยื่อของแคนาดาเพิ่งเปิดตัวผลิตภัณฑ์เส้นใยคอลลาเจนใหม่ 2 ชนิด ได้แก่ μCollaFibR และ CollaFibR 3D scaffold สำหรับการพิมพ์ชีวภาพ 3 มิติ กล่าวกันว่าผลิตภัณฑ์ใหม่เหล่านี้มีข้อได้เปรียบที่สำคัญสำหรับการใช้งานด้านวิศวกรรมเนื้อเยื่อและการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ จากมุมมองของความแข็งแรง เส้นผ่านศูนย์กลาง และคุณภาพ ผลิตภัณฑ์ใหม่ของ 3D BioFibR ได้รับการกล่าวขานว่า “ดีที่สุดในชั้นเรียน” โดยสร้างรูปลักษณ์ โครงสร้าง และการทำงานของเส้นใยคอลลาเจนอย่างแม่นยำ

และการสร้าง 3D Printer ครั้งนี้ของนักวิจัยทั้ง3 อาจจะไม่ได้มีประโยชน์มากนักสำหรับผู้ใช้ทั่วไป แต่ทำให้เห็นได้ว่าเครื่องพิมพ์ 3มิติ เป็นอะไรได้มากกว่า รวมถึงสามารถใช้งานได้ถึงระดับโลก

พิมพ์ 3 มิติระบบเส้น สำหรับผู้เริ่มต้น ฟังชั่นเพียบ ไม่ถึงหมื่น
เครื่องพิมพ์ 3มิติ รูปแบบโครงที่ถูกออกแบบให้ใช้งานง่าย เหมาะกับผู้เริ่มต้น ฟังชั่นเยอะ และราคาถูกมาก

พิมพ์ 3 มิติระบบเส้น แบบ Bowden
เครื่องพิมพ์ 3มิติ สำหรับนักเรียน ใช้ในโรงเรียน STEM, งานอดิเรก, เครื่องสำเร็จใช้งานง่ายๆไม่ยุ่งยาก Bowden คือมอเตอร์ขับเส้นพลาสติกอยู่ใกล้ม้วนพลาสติก หัวฉีดเบา Adv3 และ Adv4 ฟังก์ชั่นที่สำคัญคือ Quick Change Nozzle เปลี่ยนหัวฉีดภาพใน 5วินาที หมดกังวลเรื่องหัวตันไปเลย

พิมพ์ 3 มิติระบบเส้น แบบ Direct Drive
เครื่องพิมพ์ 3มิติ สำหรับใช้ในบริษัท มหาวิทยาลัย หวังผลได้ เครื่องมีความสเถียร แข็งแรง คุณภาพสูง แผนก R&D หัวฉีด Direct Drive มอเตอร์ขับเส้นอยู่ติดหัวฉีด ทำให้ใช้วัสดุได้หลากหลายกว่า รวมถึงเส้นทางวิศวกรรมเช่น Flexible 

พิมพ์ 3 มิติระบบเส้น แบบ Dual Extruders สองหัวฉีด 
เครื่องพิมพ์ 3มิติ สำหรับผู้ต้องการพิมพ์แบบมืออาชีพ เหมาะกับใช้ในแผนก R&D, โรงงานประกอบชิ้นส่วน Dual Extruders มีหัวฉีดเส้นพลาสติกถึง 2หัว ทำให้พิมพ์วัสดุได้ 2ชนิดในเวลาเดียวกัน, 2ชิ้นงานในเวลาเดียวกัน