Gdański Uniwersytet Medyczny (GUM) to polska uczelnia medyczna, której celem jest nauczanie oraz prowadzenie badań naukowych w dziedzinach medycyny i ochrony zdrowia. Katedra Chemii Farmaceutycznej zajmuje się mechanizmami działania leków, oceną ich właściwości i metodami opracowywania innowacyjnych cząsteczek. Jedną z takich molekuł jest receptor GABA. Oto, w jaki sposób GUM stworzył modele dydaktyczne receptora GABA na drukarce 3D Zortrax Inventure.

Produkcja niedostępnych modeli dydaktycznych z pomocą druku 3D

Nauczanie studentów właściwości receptora GABA stanowi wyzwanie z powodu skomplikowanej struktury samego receptora. Do receptora przyłącza się wiele leków w różnych miejscach. Od punktu przyłączenia zależy wpływ danej substancji na ludzki organizm. Studenci mieli problem z wizualizacją wyglądu receptora i jego punktów styku z lekami i toksynami. W rezultacie trudno im było pojąć jego reakcję z konkretnymi substancjami. Członkowie projektu GUM zaczęli więc szukać rozwiązania, które pomogłoby studentom w zrozumieniu owych mechanizmów. Potrzebowali fizycznych modeli receptora, ale pozyskanie ich komercyjnie okazało się niemożliwe – nie były nigdzie dostępne. W tej sytuacji zespół zdecydował się na wprowadzenie druku 3D do swojej jednostki i samodzielne wytworzenie modeli.

 

„Jesteśmy przekonani, że możliwość dotknięcia i zobaczenia na własne oczy, jak działa coś, czego w normalnych warunkach nie można dostrzec, pozwoli nam nie tylko lepiej opisać nauczane zagadnienia, ale także ułatwi studentom utrwalenie tej części materiału” mówi dr Marek Belka, kierownik projektu GUM. „Nie mogliśmy nigdzie dostać modeli receptora GABA, więc sięgnęliśmy po druk 3D, który pozwala na szybkie prototypowanie oraz tanie i elastyczne wytwarzanie modeli o przeznaczeniu edukacyjnym”, dodaje.

Drukowanie w 3D modeli edukacyjnych: tworzenie wydruków receptora GABA

Proces tworzenia modeli rozpoczął się od poszukiwania struktury receptora w 3D w Protein Data Bank, czyli ogólnodostępnej bazie struktur białkowych. Po znalezieniu tam odpowiedniego szkieletu, nadano mu wygląd przestrzenny. Do tego celu zastosowano specjalny program PyMOL. Następnie plik został przekonwertowany do formatu .stl i umieszczony w Z-SUITE. Tam został warstwa po warstwie przygotowany do procesu druku. Zespół jako materiału docelowego użył biodegradowalnego filamentu Z-PLA z racji jego wytrzymałości. Ponadto materiał świetnie nadaje się do druku modeli o skomplikowanej geometrii. Aby pozbyć się struktur podporowych, studenci wypłukali model w dedykowanej stacji myjącej Zortrax DSS Station. Dodatkowy post-processing okazał się zbędny.

W ten sposób powstał pierwszy model realistyczny, odpowiadający prawdziwemu białku w naszych organizmach.

Następnie, inspirując się rzeczywistą biologiczną strukturą, opracowano dydaktyczny model składający się z pięciu podjednostek: dwóch alfa, dwóch beta i jednej gamma. Aby wyróżnić wizualnie poszczególne jednostki, użyto trzech różnych kolorów Z-PLA – niebieskiego, żółtego i zielonego. Przestrzeń pomiędzy podjednostkami w rzeczywistej strukturze, czyli kanał chlorkowy, został wydrukowany jako zaczep dla pozostałych elementów w modelu 3D.

Gotowy wydruk 3D receptora GABA zawiera elementy imitujące leki i toksyny, które wchodzą w reakcje z receptorem. W celu przedstawienia tych substancji członkowie projektu użyli prostych geometrycznych kształtów. Następnie wycięli odpowiednie otwory w podjednostkach, aby modele mogły się w nie idealnie wpasować. Elementy przedstawiające leki i toksyny zostały odpowiednio oznaczone i połączone z głównym modelem za pomocą dwumilimetrowych magnesów.

 

Technologia druku 3D LPD Plus w medycynie i farmacji: wygodne wytwarzanie do celów edukacyjnych

Obsługa Zortrax Inventure jest intuicyjna i prosta – drukarka 3D jest urządzeniem typu Plug&Play. Nawet studenci, którzy nigdy wcześniej nie mieli styczności z drukiem 3D, szybko nauczyli się, jak używać tego urządzenia.

„Drukarka 3D Zortrax Inventure to dobry wybór dla tych, którzy nie chcą poświęcać wiele czasu na kalibrowanie maszyny. Polecamy je początkującym – to świetny wybór na pierwszą drukarkę 3D w podwójnej ekstruzji.” mówi dr Marek Belka. Zespół projektowy docenia także mnogość dostępnych kolorów i gotowych profili filamentów, zarówno Zortrax, jak i zewnętrznych dostawców.

Drukarka 3D w technologii podwójnej ekstruzji umożliwia tworzenie skomplikowanych modeli w prosty i przystępny sposób. Jej zastosowanie w medycynie i farmacji nie kończy się jednak na tworzeniu modeli dydaktycznych. Kadra akademicka projektu GUM dostrzegła także to, jak pomocna może być również w ich codziennych działaniach naukowych.

„Technologia druku 3D leżała w obrębie naszych zainteresowań już od jakiegoś czasu. Oprócz tworzenia modeli dla studentów, okazała się także doskonałym narzędziem naszego rozwoju naukowego. Na co dzień zajmujemy się rozwijaniem nowych metod analitycznych potrzebnych do rozwiązywania problemów z zakresu farmacji i medycyny. Druk 3D to jedyne dostępne narzędzie, które pozwala nam projektować, produkować i doskonalić elementy układów pomiarowych.” podkreśla dr Belka.

Doświadczenie zdobyte przez studentów podczas realizacji projektu uświadomiło im, jak wszechstronny i elastyczny jest druk 3D. Modele receptora GABA będą stosowane na uczelni zarówno do uczenia się, jak i nauczania w wielu kolejnych latach akademickich. Kadra planuje je wykorzystywać także jako punkt wyjścia do dyskusji na temat zastosowań druku 3D w farmacji i pokrewnych dziedzinach, podnosząc tym samym świadomość studentów na temat możliwości nowych technologii.

Dowiedz się więcej o innych drukarkach LPD Plus w ofercie Zortrax.

Przeczytaj o innych zastosowaniach drukarek 3D na blogu Zortrax.

Nie przegap promocji z okazji Black Week! Odwiedź Zortrax Online Store od 26 listopada do 3 grudnia i znajdź najlepszą ofertę dla siebie!