הנדסה ביולוגית

ביו-חומרים הם חומרים שתוכננו לקיים אינטראקציה חיובית עם אורגניזמים ביולוגיים או מולקולות. חומרים אלה יכולים להיגזר או מיוצרים על ידי אורגניזם, או אפילו יכול להיות פולימר מסונתז. מהנדסים משתמשים בחומרים חדשניים אלה במגוון רחב של יישומים, כגון הנדסת רקמות, ביוס-חשים ואספקת תרופות. וידאו זה מציג חומרים נפוצים שמקורם ביולוגית, ומספק דוגמאות לטכניקות נפוצות המשמשות לעיבודם. אתגרים מרכזיים בתחום נדונים, יחד עם מספר יישומים של שיטות אלה.

קולגן הוא עוד ביו-חומרים נפוצים שמצאו פופולריות ביישומים מסחריים, כגון צילום. קולגן שימש לאחרונה ביישומים הנדסת רקמות, על ידי יצירת הידרוג'לים המספקים מבנה לרקמות מהונדסות. וידאו זה מציג קולגן כביו-חומרים, מדגים כיצד הוא נקטף מעור חזירי, ומראה כיצד החומר משמש ליצירת הידרוג'ל ליישומי הנדסת רקמות. לבסוף, מספר יישומים של החומר וטכניקות אלה מוצגים.

סיבי משי עובדו ושימשו ליצירת בדים וחוטים במשך מאות שנים. עם זאת, solubilizing של סיבי משי, ובכך להפוך אותו לפתרון טרום פולימר רב תכליתי היא טכנולוגיה הרבה יותר חדשה. משי solubilized ניתן לעבד בדרכים רבות ושונות כדי ליצור חומר תואם ביולוגית עם תכונות מכניות לשליטה. וידאו זה מציג את עיבוד המשי מפקעי תולעי משי, ומראה כיצד ניתן להשתמש בתמיסת המשי כדי ליצור מחצלת סיבים באמצעות אלקטרוספין. מספר יישומים של טכניקה זו, כגון השימוש בו כחומר מבני בפיגומי רקמות מהונדסים, מוצגים לאחר מכן.

מערכות ביו-מיקרו-מיקרואלקטריות, הנקראות גם BioMEMs, הן התקנים זעירים המאפשרים שימוש בנפחי דגימה וריגנט קטנים עבור התקני אבחון ב- vivo וב- vitro. התקנים אלה מבצעים פונקציות שונות כגון סינון, חישה או סינתזה על קנה המידה הזעיר, המאפשרים חיסכון בעלויות ורגישות משופרת. וידאו זה מציג BioMEMs, נוגע בשימוש שלהם בתחום הביו-הנדסה, ומציג כמה שיטות בולטות המשמשות לייצור. בנוסף, סרטון זה דן בכמה אתגרים מרכזיים הקשורים למזעור מכשירים, כמו גם בחלק מהיישומים של הטכנולוגיה.

הייצור של מכשירי BioMEM נעשה לעתים קרובות באמצעות טכניקת מיקרו-פיבריות הנקראת פוטוליתוגרפיה. שיטה נפוצה זו משתמשת באור כדי להעביר תבנית על רקיק סיליקון, ומספקת את הבסיס לייצור סוגים רבים של התקני BioMEM. סרטון זה מציג את טכניקת הצילום, מראה כיצד מתבצע התהליך בחדר הנקי ומציג כמה יישומים של התהליך.

התקני BioMEM רבים, כגון ערוצים מיקרופלואידיים, מפוברקים בטכניקת הליתוגרפיה הרכה. כאן, תבנית מיקרו-קשקשית משוכפלת על ידי ריפוי פולימר אלסטומרי מעל המבנה התלת-ממדי. מבנים פולימריים אלה משמשים לאחר מכן ליצירת מגוון רחב של מכשירים, החל מערוצים מיקרופלואידיים ליישומי רגישות ביולוגית ועד ביו-רה-קטרים זעירים להדמיה של מיקרו-מושבות. וידאו זה מציג פוטוליתוגרפיה ומדגים את הטכניקה במעבדה. לאחר מכן, נבדקים כמה יישומים של הטכניקה וכיצד המבנים משמשים בתחום הביו-הנדסה.

עיבוד ביולוגי הוא שיטה המשתמשת באורגניזמים חיים כדי לייצר מוצר יעד רצוי. לעתים קרובות, עיבוד ביולוגי מתייחס לשימוש ביו-אקטיבקטורים כדי לייצר מוצרי חלבון מאורגניזמים מהונדסים גנטית. תחום זה אחראי לייצור בקנה מידה גדול של ביו-תראפיוטיקס; תרופות שהפכו חיוניות לשיפור איכות החיים של רבים עם מחלות מורכבות כמו סרטן, מחלות אוטואימוניות ו- HIV / איידס. וידאו זה יציג את הגישה ההנדסית לעיצוב מערכת ממוקדת לייצור חלבונים. השיטות הבולטות בתחום, כמו גם כמה אתגרים מרכזיים, ויישומים של הטכנולוגיה נחשבים גם.

וידאו זה מציג ביולוגיה סינתטית ותפקידה בהנדסה ביולוגית. ביולוגיה סינתטית מתייחסת לשיטות המשמשות לשינוי גנטי של אורגניזמים על מנת להפוך אותם מסוגלים לייצר כמויות גדולות של מוצר. מוצר זה יכול להיות חלבון שהתא כבר מייצר או חלבון חדש שקודד ברצף דנ"א שהוכנס לאחרונה. כאן, אנו דנים באופן שבו החומר הגנטי של אורגניזם משתנה באמצעות טרנספורמציה או טרנספקטציה. לאחר מכן, התהליך מוצג במעבדה, ואת היישומים של הטכניקה נדון.

Bioreactors משמשים לגידול אורגניזמים בכמויות גדולות, ובכך מאפשרים ייצור כמויות גדולות של מוצר היעד. כורים אלה יכולים להיות כורי אצווה, המכילים את כל הרכיבים הדרושים לצמיחת תאים, או כורים רציפים, אשר יש יציאות מפרצון ושקע המאפשרים תוספת של מדיה צמיחה טרייה ופינוי פסולת תאים. וידאו זה מציג אצווה וכורים רציפים ומדגים את השימוש ביו-ראקטורים לגידול חיידקים במעבדה. לבסוף, וידאו זה שוקל כיצד כורים אלה משמשים בתחום הביו-הנדסה כדי לייצר מוצרים כגון טיפול בחלבון או אפילו בירה.

Biosensors הם מכשירים המשתמשים במגוון רחב של תהליכים ביולוגיים ומאפיינים פיזיים על מנת לזהות מולקולה ביולוגית, כגון חלבון או תא, או מולקולה לא ביולוגית, כגון רכיב כימי או מזהם. תחום בינתחומי זה משתמש בתכונות חשמליות, אופטיות, אלקטרוכימיות או אפילו מכניות כדי לזהות את נוכחותה של מולקולת היעד. וידאו זה מציג את תחום הרגישות הביולוגית, וסוקר סוגים נפוצים של טכנולוגיות biosensor. סרטון וידאו זה דן גם באתגרים מרכזיים בתחום ומספק תובנות לגבי אופן השימוש בביוסנסורים בשטח.

ביו-סנסורים אלקטרוכימיים מזהים את הכריכה של מולקולת מטרה על ידי חישת אירוע הפחתת חמצון. חיישנים אלה סללו את הדרך לחיישנים ביולוגיים מודרניים לאחר המצאת הביונסור של הגלוקוז. וידאו זה יציג רגישות ביולוגית אלקטרוכימית, יראה את פעולתו של הביו-סנסור גלוקוז, וידון באופן שבו משתמשים בביוסנסורים אלקטרוכימיים בזיהוי סרטן.

ביו-סנסורים אופטיים משתמשים באור כדי לזהות כריכה של מולקולת מטרה. חיישנים אלה יכולים להשתמש במולקולת תווית, המייצרת אות מדיד כגון פלואורסצנטיות, או שחיישנים אלה יכולים להיות נטולי תוויות ולהשתמש בשינויים במאפיינים אופטיים, כגון אינדקס שבירה, כדי לחוש בכריכה של מולקולת היעד. וידאו זה מציג הן תוויות והן biosensors אופטי ללא תוויות, מדגים את השימוש שלהם במעבדה, ומראה כמה יישומים של הטכנולוגיה.

הנדסת רקמות שואפת ליצור רקמה מלאכותית מביו-חומרים, תאים ספציפיים וגורמי גדילה. מבנים אלה רקמות מהונדסות יש יתרונות מרחי לכת, עם אפשרויות להחלפת איברים ותיקון רקמות. וידאו זה מציג את תחום הנדסת הרקמות ובוחן את מרכיבי הרקמה המהונדסת. סרטון זה מתאר גם כמה שיטות בולטות המשמשות ליצירת פיגום הרקמה, הצגת אוכלוסיית תאים ועידוד צמיחה והתפשטות. לבסוף, כמה אתגרים מרכזיים ויישומים חשובים של הטכנולוגיה מוצגים.

למרות שתרבית הרקמות הדו-ממדית נפוצה כבר זמן מה, תאים מתנהגים בצורה מציאותית יותר בתרבית תלת-ממדית, ומחקים באופן הדוק יותר רקמה מקומית. וידאו זה מציג את תרבות הרקמה ההיסטוטיפית, שבה הצמיחה וההתפשטות של קו תא אחד נעשית במטריצה תלת ממדית מהונדסת כדי להגיע לצפיפות תאים גבוהה. כאן, אנו מראים את קצירת התאים מרקמת התורם, ואחריו תרבית תאים על מבנה מהונדס.

איברים שלמים יכולים להיות בתרבית ex vivo באמצעות bioreactors מיוחדים במטרה לתקן או להחליף איברים שלמים. שיטה זו משתמשת באיבר תורם המופשט מכל התאים, ומשאירה מאחור את המבנה התלת מימדי, אשר מאוכלס מחדש בתאים חדשים. וידאו זה מדגים את כל תרבות האיברים של הריאות ומראה כיצד יש צורך בתרבות דינמית המחקה את הגירוי המכני בגוף כדי לגרום למאפייני רקמות מקומיות.