A. Unul din criteriile principale in alegerea bioprinterului il constituie tehnologiile de printare (capetele de printare) disponibile. In functie de producator si echipament, un bioprinter poate oferi una sau mai multe tehnologii de printare diferite, pe un sistem modular configurabil, cu capete inter-schimbabile.
Pentru a facilita fabricarea de tesuturi heterocelulare similare tesuturilor biologice, este importanta alegerea unui bioprinter care sa permita dozarea simultana (dual printing) a diferitelor solutii de biocerneala.
1. Capul de extrudare FDM constituie tehnologia reprezentativa de printare 3D pentru realizarea scaffoldurilor (schele 3S termoplastice biodegradabile) prin extrudare la cald, fiind utilizat atunci cand se doreste obtinerea unor grefe cu structura rigida.
Prin aceasta metoda, filamentul materialul dorit este alimentat si topit la caldura inainte de extrudare din printhead. Polimerul topit este extrudat din duza printhead-ului si depozitat strat cu strat pentru a crea schela (scaffold-ul). Temperatura procesului depinde de temperatura de topire a biomaterialelor de constructie, dar este in general prea mare pentru supravietuirea celulelor sau pentru ca moleculele bioactive sa-si pastreze activitatea.

Din acest punct de vedere este importanta alegerea capului de printare potrivit care sa ofere posibilitatea alegerii temperaturii de topire / extrudare, iar capacitatea maxima de incalzire sa acopere gama de materiale ce vor fi utilizate la bioprinter.
Pentru a inlatura limitarile tehnologiei FDM, a fost dezvoltata tehnologia Liquid Frozen Deposition Manufacturing (LFDM), care implica o platforma de racire sau o incinta de racire cu temperatura mai scazuta.
2. Dispenserele (dozatoarele) sunt capete de printare ce permit dozarea fluida (pipetarea) prin intermediul unei seringi, utilizate pentru umplerea prin injectare a spatiilor interstitiale ale scaffoldurilor sau umplerea individuala a porilor din scaffolduri cu biocerneala.
In functie de modul de actionare putem alege dispensere actionate mecanic (piston actionat prin surub) recomandate pentru biocerneluri cu vascozitate mai mare, sau Dispensere cu actionare pneumatica (presiune) pentru dozare controlata in cazul unor vascozitati mai mici. In plus, alegerea unor dispensere cu sistem de control al temperaturii si posibilitatea incalzirii biocernelii permite largirea gamei de utilizare a bioprinterului.
Bioprinterele profesionale moderne utilizeaza dispensere si capete de extrudare extrem de precise pentru micro-extrudarea biocernelurilor cu acuratete de pana la 1-5 microni
3. Capetele de printare droplet inkjet permit bioprintarea la inalta rezolutie a celulelor prin dozarea precisa a unor picaturi de biocerneala extrem de mici in locatii predeterminate. Din acest motiv tehnologia inkjet este recomandata pentru plasarea exacta si precisa a celulelor si scaffoldurilor in vederea realizarea de tesuturi 2D si 3D, tesuturi vasculare si nevascularizate, etc.
Biocernelurile utilizate sunt pe baza de apa, pentru evitarea infundarii capului. Acest lucru permite bioprintarea de la o singura celula pana la celule multiple prin simpla ajustare a concentratiei biocernelii și modelului de printat (scaffoldului). Unele sisteme de biorpintare inkjet ofera inclusiv capete de printare incalzite pentru mentinerea proprietatilor si viabilitatii celulelor in cadrul procesului de printare.
4. Electrofilarea prin topitura
Electrofilarea prin topitura (melt electrospinning writing) este o tehnologia de procesare care permite realizarea de structuri nano si micro fibroase din topituri polimerice. Folosita in printarea 3D electrofilarea … prin topitura isi gaseste aplicabilitatea si in ingineria tisulara deoarece nu utilizeaza solventi toxici pentru procesarea polimerilor.
Alegerea unui bioprinter care sa permita Electrofilarea prin topitura permite deci procesarea biomaterialelor in cadrul in activitatii de cercetare al ingineriei tisulare. Scaffoldurile realizate prin aceasta tehnica pot fi deplin penetrate de celule, care produc astfel matricea extracelulara in interiorul scaffoldului.
Jetul topit creat prin Melt Electrospinning Writing are o traiectorie predictibila permitand depunerea cu acuratete a fibrelor polimerice, iar procesul de printare 3D, layer peste layer, ofera bioprinturi 3D precise.
– – –
Ca o ultima concluzie trebuie sa mentionam ca, pe langa tehnologiile de printare oferite, un aspect important il constituie capacitatea de control si parametrizare al procesului de bioprintare. Parametrizarea optima a procesului – viteza de printare, presiunea de dozare, diametrul duzei, concentratia biocernelii, temperatura, etc – toate pot micsora pericolul de distrugere al celulelor (prin forfecare, rupere mecanica, solidificare, sedimentare, distrugere) permitant atat printarea rapida cat si incapsularea acestora in structura 3D.

B. Structura si dotarea bioprinterului. Pe langa tehnologiile de printare oferite, un sistem de bioprintare profesional va mai include si alte facilitati utile in activitatea de cercetare medicala:
1. Incinta sterila de lucru
Una din caracteristicile de baza ale unui biorpinter profesional il constituie incinta sterila de lucru (denumita si Clean Chamber) dotata cu filtre HEPA si presiune pozitiva de aer. Aceasta este vitala in activitatea de cercetare deoarece permite lucrul in mediu steril asigurand o viabilitate indelungata a celulelor.
Sistemele UV de sterilizare a incintei de lucru (cu lungimi de unda de circa 255-280nm) contribuie de asemenea la mentinerea conditiilor aseptice in timplu procesului de bioprintare
2. Platforma de lucru cu incalzire / racire.
Anumite modele de bioprintere ofera platforma de lucru cu posiilitatea reglarii si controlarii temperaturii de bioprintare de la sub 0ºC pana la ) permitand astfel lucrul cu o gama mai extinsa de biomateriale, de diferite grade de vascozitate, unele necesitand temperaturi sub De asemenea, platforma de lucru ar trebui sa permita lucrul cu instrumentarul de laborator standard (vase Petri, lame, lamele etc).
Platforma de lucru poate de asemenea dispune de sisteme antivibrare care permit bioprintarea cu acuratete extrem de mare a diverselor structuri 3D
3. Sisteme de control a biomaterialelor pentru printare
Pentru rezultate cat mai bune in procesul de bioprintare sunt folosite diverse sisteme pregatitoare so de al biocernelii si biomaterialelor. Astfel sunt diponibile (in functie de producator) sisteme de preincazire a cartuselor sterilizate sau a acului de dozare, sisteme pentru agitarea si omogenizarea solutiilor celulare, de preincazire a substraturilor si placilor – toate asigurand un mediu optim pentru mentinerea viabilitatii si proprietatilor celulelor in vederea unui

4. Sisteme de fotopolimerizare a biomaterialelor
Acestea permit utilizarea unei game largi de biomateriale cu vascozitate inalta, hidrogeluri foto-reticulabile, proteine, etc asigurand fotopolimerizarea lor in cadrul procesului de bioprintare. Sistemele pot folosi lumina vizibila (BLUE LED) sau lumina UV cu lungimi de unda variable (in general 350 – 400 nm) pentru fotopolimerizarea biomaterialelor permitand astfel obtinerea unor structuri 3D viabile si rezistente fara deteriorarea celulelor

5. Aplicatii software dedicate
Procesul de bioprintare implica crearea unor structuri 3D al caror design este proiectat cu ajutorul unor aplicatii software dedicate. Acestea permit proiectarea unui design specific pentru tesuturi, organe, tipare si scaffold-uri oferind si diverse facilitati pentru generarea de geometrii 3D ce pot fi combinate cu functii complexe precum algoritmi de umplere, gradienti, selectarea biomaterialelor, setarea parametrilor de printare.
Extrem de utile sunt aplicatiile software care permit prelucrarea digitala a datelor provenite de la echipamente de imagistica medicala si utilizarea datelor digitale in procesul complex de printare a tesuturilor 3D.
6. Integrarea in Hote sterile de biosiguranta
Forma compacta si marimea bioprinterului trebuie sa permita integrarea acestuia intr-o incinta de biosiguranta (hota cu flux laminar si lampi UV germicidale) pentru bioprintarea in conditii sterile. Rolul acestor echipamente de biosiguranta este multiplu.
Pe langa protectia spatiului de lucru, prin asigurarea unui mediu steril de lucru cu biomaterialele, hotele ofera protectia personalului si mediului de organisme microbiologice sau diversi agenti patogeni

Sunt recomandate echipamentele de biosiguranta dotate cu interfata Plug-Ready, complet compatibile cu bioprinterul si accesoriile acestuia deoarece permit operarea si controlul complet al sistemului de bioprintare din afara incintei de biosecuritate, minimizand orice contact cu mediul extern.

7. Alte functionalitati specifice
Sistemele de bioprintare pot fi dotate cu diverse alte functionalitati avansate care faciliteaza bioprintarea de structuri de tesuturi fara interventia operatorilor:

  • sistem de curatare automata a acului / nozzle-ului,
  • ajustare automata a capetelor de printare la platforma de printare
  • senzori de temperatura
  • camere pentru vizualizare si control de la distanta a procesului de bioprintare