Instalare si training pentru utilizarea bioimprimantei, in cadrul UPB

Articol original: 26.01.2018

In cadrul proiectului INOVABIOMED de dezvoltare a unor solutii inovatoare de fabricatie a biomaterialelor inteligente, laboratoarele Universitatii Politehnice din Bucuresti au fost dotate cu cea mai performata bioimprimanta 3D, destinata activitatii de cercetare si dezvoltare a tehnologiilor inovatoare in mediul universitar.

Cea mai performanta bioimprimanta 3D din Romania - acum in dotarea Universitatii Politehnice din Bucuresti
Cea mai performanta bioimprimanta 3D din Romania – acum in dotarea Universitatii Politehnice din Bucuresti

Proiectul Universitatii Politehnice, lansat in octombrie 2016 sub numele de “Tehnologii inovatoare pentru asigurarea calitatii materialelor in sanatate, energie si mediu – Centrul pentru Solutii Inovatoare de Fabricatie a Biomaterialelor Inteligente si Suprafetelor Biomedicale – INOVABIOMED”, are ca obiective principale infiintarea sau dotarea a 16 unitati de cercetare-dezvoltare de top, dintre care 10 laboratoare noi si 6 laboratoare deja existente din cadrul Facultatii de Chimie Aplicata si Stiinta Materialelor. Cu toate acestea, in urma implementarii lui vor beneficia de el si alte facultati specializate in studiul tehnologiilor biomedicale si nanotehnologiilor, printre acestea fiind si Facultatea de Inginerie Medicala, Facultatea de Stiinta si Ingineria Materialelor, Facultatea de Stiinte Aplicate, Facultatea de Energetica si Facultatea de Ingineria si Managementul Sistemelor Tehnologice.

De asemenea, investitiile de cca 16 milioane de euro facute in cadrul proiectului sunt preconizate a avea impact asupra intregului mediu universitar national, precum si international, prin incurajarea si facilitarea schimburilor de experienta dintre UPB si alte centre universitare de pretudindeni.

Pentru a demara un proiect atat de ambitios a fost nevoie de o colaborare stransa intre facultatile si departamentele din cadrul Universitatii Politehnice din Bucuresti, precum si intre organismele guvernamentale abilitate pentru imbunatatirea gradului de dotare in scopul cercetarii stiintifice la nivel inalt si pentru managementul proiectelor cu finantare europeana.

Proiectul a inclus si achizitionarea unui bioprinter 3D de ultima generatie, acesta fiind un sistem complex de bioimprimare cunoscut si sub numele de bioimprimanta sau bioplotter. Sistemul de bioimprimare achizitionat imbina multiple tehnologii avansate precum printare 3D (bio-plottare sau extrudare termica a polimerilor), extrudare directa (seringa), printare prin contact cu/fara incalzire (tehnologie inkjet), printare co-axiala (simultana) a doua materiale diferite, electrofilare din topitura pentru termoplaste, hidrogeluri, materiale bioactive, fosfati de calciu, etc.

In plus, sistemul ales de Universitatea Politehnica indeplineste total conditiile de biosiguranta necesare in procesul de cercetare, incluzand si incinta sterila cu flux laminar. Sistemul de bioimprimare este integrat perfect in incinta sterila, permitand operarea in siguranta din exteriorul bio-cabinetului. Componenta este vitala pentru asigurarea necontaminarii proceselor derulate in interior, protejand totodata operatorii si mediul inconjurator. Incinta sterila este dotata cu sistem de ultra-filtrare, expulsie si evacuare exterioara, precum si cu flux laminar de aer care asigura o bariera intre mediul interior si exterior, chiar si atunci cand usile bio-cabinetului sunt deschise.

Instrumente de lucru si accesorii ale echipamentului de bioprintare
Instrumente de lucru si accesorii ale echipamentului de bioprintare

Achizitionarea acestui complex sistem de bioimprimare deschide noi orizonturi de cercetare in domeniul scaffold-urilor inteligente pe bază de hidrogeluri nanostructurate, permitand proiectarea personalizata de structuri pentru medicina regenerativa si biofabricarea scaffold-urilor nanostructurate pentru medicina personalizata. In plus, bioimprimanta este ideala in procesele de cercetare si dezvoltare de noi biomateriale din bioresurse (biomasă și resurse marine/acvatice).

Echipamentul de bioprintare a fost achizitionat prin intermediul Z Spot Media, companie ce are o indelungata experienta in domeniul tehnologiilor 3D. Specialistii firmei au coordonat si supervizat indeaproape toate etapele de achizitie, instalare si punere in functiune, ajutand la implementarea cu succes a acestui proiect ambitios din cadrul mediului universitar romanesc.

Instalare si training pentru utilizarea bioimprimantei, in cadrul UPB
Instalare si training pentru utilizarea bioimprimantei, in cadrul UPB

Avand la indemana un asemenea sistem performant de bioprintare ce va servi ca instrument de cercetare si dezvoltare, atat studentii cat si cadrele didactice vor fi cu un pas mai aproape de realizarea unor proiecte inovatoare pe viitor, proiecte ce ar putea pune Universitatea Politehnica Bucuresti pe harta institutiilor de mare insemnatate pentru progrese din domeniul nanotehnologiilor si a medicinii.

Primele teste si obiecte printate cu ajutorul bioprinter-ului
Primele teste si obiecte printate cu ajutorul bioprinter-ului

Update: 23.04.2018

Asa cum va spuneam la inceputul anului, proiectul INOVABIOMED ce a inclus achizitia unei bioimprimante 3D a ajuns la final. Deoarece credem ca noile tehnologii joaca un rol crucial in dezvoltarea cercetarii din mediul academic romanesc, dorim sa va detaliem capabilitatile acestui echipament performant care se afla acum in dotarea Universitatii Politehnice din Bucuresti.

Cea mai importanta caracteristica a acestui sistem complex de bioprintare este modularitatea, ceea ce se traduce printr-o structura configurabila, in functie de aplicatiile care se doresc a fi realizate. Bioimprimanta 3D este echipata cu 5 capete de printare, dintr-un numar maxim de 9 disponibil pentru acest model, fiecare cap de printare fiind destinat unor biomateriale cu proprietati, vascozitati si domenii de utilizare diverse.

Capete de printare bioimprimanta 3D
Capete de printare bioimprimanta 3D

De asemenea, echipamentul prezinta o platforma cu sistem de autocalibrare, ce faciliteaza procesul de biofabricatie, precum si o rezolutie excelenta de printare, de pana la 5 microni.

O facilitate importanta o constituie sistemul de agitare (omogenizare) pentru celule, acesta impiedicand sedimentarea celulelor plasate in capul de printare, in primul rand pentru ca sistemul sa nu se infunde in timpul lucrului, cat si pentru a asigura o printare omogena a celulelor folosite.

Cap de printare Direct Dispenser

Primul tip de cap de printare foloseste tehnologie de extrudare directa (direct dispenser) si se utilizeaza pentru pipetarea materialor cu vascozitate mai mare, cum ar fi hidrogeluri, paste ceramice sau fosfat de calciu. Capul de printare este de tip „seringa” fara incalzire, iar pipetarea se realizeaza pe baza tehnologiei timp-presiune.

Cap de printare Direct Dispenser
Cap de printare Direct Dispenser

Cap de printare ink-jet cell friendly

Al doilea tip de cap de printare foloseste tehnologia ink-jet “cell friendly” pentru printarea de materiale cu vascozitati mai mici, incarcate cu celule vii. Sistemul de incalzire si acul fin de pipetare creeaza toate conditiile necesare pentru pastrarea celulelor in conditii de viabilitate in timpul printarii. Astfel, aplicabilitatea sa principala este crearea de tesuturi biologice folosite in cercetarea, dezvoltarea si testarea de produse farmaceutice si cosmetice. De asemenea, impreuna cu capul de printare de tip “direct dispenser”, acesta poate fi folosit in domeniul medicinei regenerative si de reconstructie, componentele obtinute putand mima fidel consistenta oaselor si a cartilagiilor.

Cap de printare co-axial

Al treilea cap de printare are un sistem unic, cu doua componente, pentru printare co-axiala simultana de tip core-shell a doua materiale diferite, unul la exterior, iar cel de-al doilea la interior. Ambele componente ale capului de printare pot dispensa atat biomateriale simple, de tipul hidrogelurilor, alginatilor, hidroxiapatitei sau a pastelor ceramice, precum si biomateriale incarcate cu celule. Astfel, capul de printare co-axial este foarte util in cazul printarii de structuri tubulare, similare vaselor de sange.

Cap de printare prin electrofilare

Electrofilarea din topitura (Melt Electrospinning Writing) permite obtinerea unor structuri fibroase extrem de subtiri (+/-5 microni) prin topirea polimerilor (ex: policaprolactona, polietilenglicol, acid polilactic, polipropilena, poliuretan, etc). Electrofilarea din topitura permite printarea 3D de scaffolduri polimerice netoxice care pot fi utilizate cu succes in ingineria tisulara. Kitul de electrofilare include de asemenea si o camera HD cu zoom 60+ pentru supravegherea procesului de printare a scaffolurilor.

Cap de printare prin electrofilare din topitura
Cap de printare prin electrofilare din topitura

Kit pentru fotoreticulare

Printerul dispune si de o lampa UV pentru fotoreticulare, utila in printarea 3D a diverselor materiale si biomateriale fotosensibile (rasini polimerice). Lampa genereaza lumina UV adaptata special printarii cu celule vii, in gama de lumina vizibila 365nm (+/-10nm).

Sistemul de bioprintare 3D este completat de 3 componente software diferite, insa complementare.

Software BioCAD

O prima componenta este aplicatia BioCAD, destinata design-ului de scaffold-uri, tipare, tesuturi, etc. Aceasta cuprinde toate instrumentele necesare crearii de modele din materiale multiple, de la zero.

Proiectarea de scaffold-uri in software-ul BioCAD
Proiectarea de scaffold-uri in software-ul BioCAD

Software BioCAM

BioCAM reprezinta a doua componenta software, care este folosita pentru generarea, editarea si pregatirea (felierea) modelelor tridimensionale pentru bioprintare. Permite crearea de tesuturi ce cuprind materiale diverse, bazandu-se pe modele preluate de la sisteme CAD, scannere 3D sau echipamente de imagistica medicala (tomograf computerizat, aparatura de radiologie).

Pregatirea tesuturilor pentru printare cu ajutorul software-ului BioCAM
Pregatirea tesuturilor pentru printare cu ajutorul software-ului BioCAM

Software BioCUT

Cea de-a treia componenta este reprezentata de BioCUT, care este o aplicatie de tip DICOM pentru vizualizarea, analiza si integrarea cu echipamentul de bioprintare 3D a datelor preluate de la echipamentele de imagistica. BioCUT este un instrument puternic ce permite oamenilor de stiinta, designerilor biomedicali si furnizorilor de servicii medicale sa creeze structuri complexe de tesuturi, intr-un mod perfect integrat in fluxul de lucru digital.

Transformarea datelor preluate de la echipamente de imagistica medicala in modele printabile 3D.
Transformarea datelor preluate de la echipamente de imagistica in modele printabile 3D.

Vom urmari indeaproape proiectele care vor fi demarate cu ajutorul acestui echipament performant de bioprintare 3D, urmand sa va tinem la curent cu progresele inregistrate de catre cadrele didactice si studentii din cadrul Universitatii Politehnice Bucuresti. Fiti parte a acestui parcurs ce va schimba cu siguranta viitorul mediului academic romanesc!