Forskare vid Carnegie Mellon University har utvecklat en billig 3-D-bioskrivare genom att modifiera en vanlig stationär 3-D-skrivare, och de har släppt de banbrytande designerna som öppen källkod så att vem som helst kan bygga sitt eget system. Forskarna—Materials Science and Engineering (MSE) och Biomedical Engineering (BME) Docent Adam Feinberg, BME postdoktor TJ Hinton, och Kira Pusch, en nyutexaminerad från MSE-programmet – publicerade nyligen en artikel i tidskriften HardwareX som innehåller fullständiga instruktioner för utskrift och installation av den sprutbaserade, stor volym extruder (LVE) för att modifiera alla typiska, kommersiell plastskrivare.

"Det vi har skapat, säger Pusch, "är en sprutpumpsextruder med stor volym som fungerar med nästan alla FDM-skrivare (Fused Deposition Modeling) med öppen källkod. Det betyder att det är en billig och relativt enkel anpassning för människor som använder 3D-skrivare."

Som forskarna förklarar i sin artikel, "Storvolym sprutpumpsextruder för stationära 3D-skrivare, "De flesta kommersiella 3D-bioskrivare som för närvarande finns på marknaden kostar från 10 USD, 000 till mer än $200, 000 och är vanligtvis proprietära maskiner, stängd källa, och svår att modifiera.

"Väsentligen, vi har utvecklat en bioprinter som du kan bygga för under 500 USD, som jag skulle hävda är åtminstone i nivå med många som kostar mycket mer pengar, säger Feinberg, som också är medlem i Bioengineered Organs Initiative på Carnegie Mellon. "De flesta 3D-bioskrivare börjar på mellan 10 000 USD och 20 000 USD. Detta är betydligt billigare, och vi tillhandahåller mycket detaljerade instruktionsvideor. Det handlar egentligen om att demokratisera tekniken och försöka få den i fler människors händer."

Och inte bara minskar LVE på kostnaderna, det tillåter också användare att skriva ut konstgjord mänsklig vävnad i större skala och med högre upplösning, öppna dörrar för forskare, tillverkare, och proffs för att experimentera med biomaterial och vätskor för 3D-utskrift.

"Vanligtvis finns det en avvägning, " förklarar Feinberg, "för när systemen dispenserar mindre mängder material, vi har mer kontroll och kan skriva ut små föremål med hög upplösning, men när systemen blir större, olika utmaningar uppstår. LVE 3-D bioprinter tillåter oss att skriva ut mycket större vävnadsställningar, i skalan av ett helt mänskligt hjärta, med hög kvalitet."

"Bioprinting har historiskt sett varit begränsad i volym, " tillägger Pusch, "så i huvudsak är målet att bara skala upp processen utan att offra detaljer och kvalitet på trycket."

Pusch, den första författaren på tidningen, var forskarassistent i Feinbergs labb i tre år under sin grundutbildningskarriär. Under tiden, hon fick ett International Summer Undergraduate Research Fellowship (iSURF) för att arbeta i Nederländerna, och även internat vid General Electrics Center for Additive Technology Advancement. Efter hennes examen från Carnegie Mellon i december 2017, hon började en vårpraktik på Formlabs i Boston och har sedan dess tackat ja till en andra praktikplats för sommaren på Blue Origin i Seattle. Pusch har också varit medförfattare till en andra artikel i ACS Biomaterials Science &Engineering med Hinton, "3D-utskrift av PDMS-elastomer i ett hydrofilt stödbad via friformsreversibel inbäddning." Som forskningsassistent i Feinbergs labb, Pusch kunde uppleva verklig tillämpning av sin forskning tidigt i sin akademiska karriär. På frågan om hennes upplevelse i Feinbergs labb, Pusch betonar hur tacksam hon är över att ha fått möjligheten att arbeta med så stödjande och briljanta mentorer.

I deras tidning, forskarna demonstrerade systemet med hjälp av alginat, ett vanligt biomaterial för 3D-utskrift, och använda labbets signatur Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels (FRESH) teknik.

Feinbergs labb syftar till att producera biomedicinsk forskning med öppen källkod som andra forskare kan utveckla. Genom att göra sin forskning allmänt tillgänglig, Feinbergs labb hoppas kunna skapa innovation brett, att uppmuntra den snabba utvecklingen av biomedicinsk teknik för att rädda liv.

"Vi föreställer oss att detta är den första av många tekniker som vi driver in i miljön med öppen källkod för att driva fältet framåt, " säger Feinberg. "Det är något vi verkligen tror på."