Print og probe – hvordan 3D-printere kunne forbedre adgangen til teknologier, der er afgørende for videnskabelig opdagelse

3-D printere kan lave næsten alt i disse dage, fra et par løbesko til chokolade, træ, og flydele. Og det viser sig - selv komplekse videnskabelige gadgets, der bruges i kræftforskning.

Innovativ, omkostningseffektive værktøjer er afgørende i biovidenskabelig forskning for at forstå, hvordan kræftceller migrerer fra et sted til et andet under metastasering, at undersøge, hvordan neuroner forbindes i netværk under menneskelig udvikling, og for at se, hvordan hvide blodlegemer reagerer på infektioner. På NYU Abu Dhabi, biomedicinske ingeniører designer nye teknologier, biologer har brug for for at gøre vigtige opdagelser på disse områder.

En sådan enhed kaldes en mikrofluidisk sonde, eller MFP, som det hedder i laboratoriet. Typisk lavet af glas eller silicium, disse meget bittesmå videnskabelige værktøjer - omtrent på størrelse med en kuglepen - blev opfundet for omkring et årti siden og bliver løbende udviklet og forfinet. MFP'er bruges af videnskabsmænd over hele verden til at studere, behandle, og manipulere levende cellekulturer i et kontrolleret miljø.

Selvom teknologien er veletableret, det giver unikke udfordringer og begrænsninger. Specifikt, MFP'er kan ikke nemt produceres efter behov på grund af deres komplekse fremstillingsprocedurer, og er dyre at lave i store mængder på grund af deres monteringsprocedurer.

Træd ind i den fascinerende verden af ​​3-D-print.

"Demokratiserende" videnskabsteknologi

Biomedicinske ingeniører ved NYUAD brugte en 3-D printer til at skabe en funktionel, integreret, og billig MFP til at studere kræftceller og andre levende organismer i en petriskål. Deres trykte enhed er terningformet med en cylinderspids og fungerer med samme effektivitet som dens dyrere og mere besværlige fætter.

"3-D-printere giver en enkel, hurtig, og lavpristeknik til fremstilling af MFP'er, " sagde adjunkt i mekanisk og biomedicinsk teknik Mohammad Qasaimeh, hvis team udviklede en ramme til at printe mikrofluidiske prober og quadrupoler i 3-D.

"Det er billigere at producere, let at skalere op eller ned, og hurtig at fremstille – alle trin, fra design til produkt, kan laves på mindre end en dag, " forklarede han, og som et resultat, "ethvert videnskabeligt laboratorium med en stereolitografiprinter med moderat opløsning vil være i stand til at fremstille 3-D MFP'er efter behov og bruge dem til at behandle celler pålideligt."

3-D printede MFP'er, "kan levere reagenser på en lokaliseret måde, kun et par tiere af celler kan målrettes i dyrkningsskålen, mens andre millioner af dyrkede celler efterlades uberørte, " tilføjede Ayoola T. Brimmo, NYUAD Global Ph.D. Fellow in Engineering og første forfatter af forskningen, demonstrerer dets funktionalitet i lokaliseret levering og cellebehandling.

Undersøgelsens resultater, offentliggjort i tidsskriftet Videnskabelige rapporter , bygger på Qasaimehs tidligere arbejde med at udvikle mikrofluidiske prober og quadrupoler til at studere, hvordan humane neutrofiler (en type hvide blodlegemer) opfører sig, når de reagerer på infektioner.

I en tidligere undersøgelse, Qasaimeh og hans forskerhold brugte en mikrofluidisk siliciumsonde til at opdage, hvordan neutrofiler reagerer på bevægelige kilder til koncentrationsgradienter, der efterligner infektioner og patogener. Forskningen analyserede, hvor hurtigt disse celler reagerer på stimulering, viste, hvordan neutrofiler starter deres migrationer med en maksimal hastighed, der aftager over tid, og hvordan neutrofiler gennemgår rullelignende adfærd, før de begynder at forfølge et infektionssted.

Qasaimeh er hovedforsker af Advanced Microfluidics and Microdevices Laboratory ved NYUAD, hvis arbejde primært fokuserer på at udvikle mikroværktøjer til biologer, der arbejder inden for menneskelig sundhedsforskning, herunder enheder til at fange cirkulerende tumorceller taget fra blodprøver fra cancerpatienter.