Onderzoekers van de Carnegie Mellon University hebben een goedkope 3D-bioprinter ontwikkeld door een standaard desktop 3D-printer aan te passen, en ze hebben de baanbrekende ontwerpen als open source uitgebracht, zodat iedereen zijn eigen systeem kan bouwen. De onderzoekers - Materials Science and Engineering (MSE) en Biomedical Engineering (BME) universitair hoofddocent Adam Feinberg, BME postdoctoraal fellow TJ Hinton, en Kira Pusch, een recent afgestudeerde van het MSE-undergraduate-programma - publiceerde onlangs een paper in het tijdschrift HardwareX die volledige instructies bevat voor het afdrukken en installeren van de op een injectiespuit gebaseerde, grootvolume-extruder (LVE) om elke typische, commerciële plastic printer.

"Wat we hebben gecreëerd, " zegt Pusch, "is een spuitpompextruder met groot volume die werkt met bijna elke open source fused deposition modeling (FDM) -printer. Dit betekent dat het een goedkope en relatief gemakkelijke aanpassing is voor mensen die 3D-printers gebruiken."

Zoals de onderzoekers in hun paper uitleggen, "Grootvolume spuitpompextruder voor desktop 3D-printers, "De meeste commerciële 3D-bioprinters die momenteel op de markt zijn, variëren in kosten van $ 10, 000 tot meer dan $ 200, 000 en zijn doorgaans eigen machines, gesloten bron, en moeilijk te wijzigen.

"Eigenlijk, we hebben een bioprinter ontwikkeld die u kunt bouwen voor minder dan $ 500, waarvan ik zou zeggen dat het op zijn minst vergelijkbaar is met velen die veel meer geld kosten, " zegt Feinberg, die ook lid is van het Bioengineered Organs Initiative bij Carnegie Mellon. "De meeste 3D-bioprinters beginnen tussen $ 10K en $ 20K. Dit is aanzienlijk goedkoper, en we bieden zeer gedetailleerde instructievideo's. Het gaat echt om het democratiseren van technologie en proberen het in handen van meer mensen te krijgen."

En niet alleen verlaagt de LVE de kosten, het stelt gebruikers ook in staat om kunstmatig menselijk weefsel op grotere schaal en met een hogere resolutie af te drukken, deuren openen voor onderzoekers, makers, en professionals om te experimenteren met 3D-printen van biomaterialen en vloeistoffen.

"Meestal is er een afweging, " legt Feinberg uit, "omdat wanneer de systemen kleinere hoeveelheden materiaal afgeven, we hebben meer controle en kunnen kleine items met hoge resolutie printen, maar naarmate systemen groter worden, verschillende uitdagingen ontstaan. Met de LVE 3D-bioprinter kunnen we veel grotere weefselsteigers printen, op de schaal van een heel menselijk hart, met hoge kwaliteit."

"Bioprinten is van oudsher beperkt in volume, " voegt Pusch toe, "Dus in wezen is het doel om het proces gewoon op te schalen zonder in te boeten aan detail en kwaliteit van de afdruk."

Pusch, de eerste auteur op het papier, was drie jaar lang onderzoeksassistent in het laboratorium van Feinberg tijdens haar bachelorcarrière. Gedurende die tijd, ze ontving een International Summer Undergraduate Research Fellowship (iSURF) om in Nederland te werken, en liep ook stage bij General Electric's Center for Additive Technology Advancement. Na haar afstuderen aan Carnegie Mellon in december 2017, ze begon een voorjaarsstage bij Formlabs in Boston en heeft sindsdien een tweede stageplaats aangenomen voor de zomer bij Blue Origin in Seattle. Pusch is ook co-auteur van een tweede paper in ACS Biomaterialen Wetenschap &Techniek met Hinton, "3D-printen van PDMS-elastomeer in een hydrofiel ondersteunend bad via vrije vorm omkeerbare inbedding." Als onderzoeksassistent in het laboratorium van Feinberg, Pusch kon al vroeg in haar academische carrière de praktijk van haar onderzoek ervaren. Gevraagd naar haar ervaring in het laboratorium van Feinberg, Pusch benadrukt hoe dankbaar ze is dat ze de kans heeft gehad om met zulke ondersteunende en briljante mentoren te werken.

In hun krant de onderzoekers demonstreerden het systeem met behulp van alginaat, een veelgebruikt biomateriaal voor 3D-printen, en met behulp van de kenmerkende Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels (FRESH) techniek van het laboratorium.

Het laboratorium van Feinberg heeft als doel om open source biomedisch onderzoek te produceren waar andere onderzoekers op kunnen voortborduren. Door hun onderzoek breed toegankelijk te maken, Het laboratorium van Feinberg hoopt innovatie op grote schaal te verspreiden, om de snelle ontwikkeling van biomedische technologieën aan te moedigen om levens te redden.

"We zien dit als de eerste van vele technologieën die we in de open source-omgeving duwen om het veld vooruit te helpen, ", zegt Feinberg. "Het is iets waar we echt in geloven."