3D bioprinting of tissues and organs




3D bioprinting of tissues and organs

heartssss.jpg




Ζαρκάδας Δημήτριος 02110663




Εισαγωγή



Η τρισδιάστατη εκτύπωση (3Dprinting) έχει προκαλέσει σημαντικές καινοτομίες σε πολλούς τομείς όπως είναι η μηχανική, οι κατασκευές η τέχνη, η εκπαίδευση και η ιατρική. Οι τελευταίες εξελίξεις στον χώρο του 3DBioprinting περιλαμβάνουν την εκτύπωση βιοσυμβατικών υλικών για κατασκευή κυττάρων, οργάνων και ιστών. Σε σχέση με τις κλασικές τεχνικές 3Dprinting η τρισδιάστατη βιοεκτύπωση περιλαμβάνει επιπλέον δυσκολίες που αφορούν την επιλογή των υλικών, τους τύπους των κυττάρων, την καλλιέργεια τους και τις τεχνικές δυσκολίες που σχετίζονται με τις τεχνικές προκλήσεις που αφορούν τις ευαισθησίες των κυττάρων και των ιστών. Για να ξεπεραστούν όλες αυτές οι δυσκολίες απαιτείται η συνεργασία τομέων όπως ο τομέας των βίο-υλικών , της κυτταρικής βιολογίας , της φυσικής και της φαρμακευτικής επιστήμης. Η βίο-εκτύπωση έχει ήδη χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή διαφόρων ιστών συμπεριλαμβανομένου δέρματος πολλών επιστρώσεων, οστών, αγγειακά μοσχεύματα και υψηλής απόδοσης μοντέλα για την έρευνα φαρμάκων και την τοξικολογία.


,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

Η 3D βιοεκτύπωση βασίζεται σε τρεις κεντρικές προσεγγίσεις. Την βίο-μίμηση ,την αυτόνομη συναρμολόγηση και τη δόμηση των μικρό-ιστών.




Βιομίμηση: Η μηχανολογία που βασίζεται στην βιολογία έχει να αντιμετωπίσει πολλά τεχνολογικά προβλήματα όπως τα ειδικευμένα υλικά, τις μεθόδους δημιουργίας των κυττάρων καθώς και προσεγγίσεις της βιοτεχνολογίας. Η εφαρμογή της βίο-τεχνολογίας προτάσσει τη δημιουργία και αναδημιουργία συγκεκριμένων κυτταρικών δομών που συνολικά απαρτίζουν έναν ιστό ή ένα όργανο. Με την βιομίμηση για παράδειγμα πρέπει να μιμηθούν την δενδροδομή που έχουν τα αιμοφόρα αγγεία. Για να επιτευχθεί αυτό η αντιγραφή των βιολογικών ιστών στη μικροκλίμακα είναι απαραίτητη. Για την κατανόηση του μικροπεριβάλλοντος συμπεριλαμβάνοντας την χωροθέτηση των λειτουργικών και των υποστηρικτικών κυττάρων η σύσταση και η φύση των βιολογικών δυνάμεων είναι απαραίτητη. Η ανάπτυξη της παραπάνω γνώσης είναι απαραίτητη για την επιτυχία της βιομίμησης και απαιτεί έρευνα σε όλα τα πεδία της μηχανικής, της απεικόνισης, των βίο-υλικών, τη κυτταρική βιολογία και την ιατρική.




Αυτοσυναρμολόγηση: Μία άλλη προσέγγιση για την αντιγραφή βιολογικών ιστών είναι η μελέτη της εμβρυϊκής ανάπτυξης των οργάνων. Τα πρώτα κυτταρικά συστατικά ενός αναπτυσσόμενου ιστού παράγουν τα δικά τους συστατικά ECM, και με κατάλληλη σηματοδότηση επιτυγχάνεται η επιθυμητή βιολογική μικρό-αρχιτεκτονική. Η αυτό-συναρμολόγηση χρησιμοποιεί κυτταρικά σφαιρίδια που επιβάλλονται σε συγχώνευση ώστε να μιμηθούν τους αναπτυσσομένους ιστούς. Η αυτό-συναρμολόγηση προσεγγίζει το κύτταρο ως τον κύριο οδηγό για την δημιουργία των ιστών, κατευθύνοντας τη σύνθεση , τη θέση και τη λειτουργία των δομικών δομών των ιστών. Απαιτεί βέβαια βαθιά γνώση των μηχανισμών ανάπτυξης των εμβρυικών ιστών και της οργανογέννησης καθώς και τη δυνατότητα να διαχειριστεί το περιβάλλον μέσα στο οποίο λαμβάνουν χώρα οι παραπάνω διεργασίες ώστε να δημιουργηθούν οι bioprinted ιστοί.




Μικροόργανα: Η έννοια των μικρό-οργάνων είναι σχετική με τις δύο παραπάνω τεχνικές που αφορούν την βιοεκτύπωση. Τα όργανα και οι ιστοί αποτελούνται από μικρότερα λειτουργικά στοιχεία (μικροιστοί). Τα παραπάνω μπορούν να αναφερθούν ως το μικρότερο, δομικό και λειτουργικό, συστατικό ενός ιστού όπως είναι ο νεφρώνας ενός νεφρού. Οι μικροιστοί μπορούν να συναρμολογηθούν και να κατασκευαστούν μέσα σε μία μεγαλύτερη κατασκευή με αυτό-συναρμολόγηση, βιομίμηση ή συνδυασμών των παραπάνω. Στον πεδίο των μικρό-οργάνων υπάρχουν 2 προσεγγίσεις: Αρχικά αυτό-συναρμολογούμενα κυτταρικά σφαιρίδια (όμοια με τους μικρό-ιστούς) συναρμολογούνται σε ένα μάκρο-ιστό κάνοντας χρήση έναν βιολογικά εμπνευσμένο σχεδιασμό και οργάνωση. Κατά δεύτερον μίας ακριβής υψηλής ανάλυσης αναπαραγωγής ενός ιστιδίου που του επιτρέπεται να αυτό-συναρμολογείται σε ένα λειτουργικό μάκρο-ιστό.



nbt.2958-F1.jpg








Τεχνικές Bio-Printing



Οι κύριες τεχνικές που χρησιμοποιούνται κυρίως για τη δημιουργία και τοποθέτηση βιολογικού υλικού είναι : η τεχνολογία που χρησιμοποιούν οι injectεκτυπωτές και η μικρό-έγχυση(microextrusion).




nbt.2958-F2.jpg

a) Οι θερμικοί εκτυπωτές μελάνης ζεσταίνουν μέσω ηλεκτρικής αντίστασης την κεφαλή εκτύπωσης με στόχο να παράγουν παλμούς πεπιεσμένου αέρα οι οποίοι ωθούν την μελάνη εκτός του ακροφύσιου. Υπάρχουν και οι ακουστικοί εκτυπωτές που χρησιμοποιούν παλμούς που παράγονται από πιεζοηλεκτρικά στοιχεία b) Οι microextrusion εκτυπωτές λειτουργούν είτε με πνευματικό τρόπο ,είτε με πιστόνια είτε με τη χρήση κοχλία και παρέχουν μία σταθερή ροή υλικού.




Inkjet-bioprinting: Οι εκτυπωτές ψεκασμού είναι οι πιο κοινοί εκτυπωτές για την εκτύπωση βιολογικών και μη υλικών. Με τους συγκεκριμένους εκτυπωτές συγκεκριμένη ποσότητα υγρού τοποθετείται σε συγκεκριμένη επιφάνεια. Ο πρώτος inject εκτυπωτής που χρησιμοποιήθηκε ήταν ένας κοινός εκτυπωτής με κάποιες τροποποιήσεις. Το μελάνι στο δοχείο αντικαταστάθηκε με βιολογικό υλικό και το χαρτί αντικαταστάθηκε με ένα σύστημα ελεγχόμενο σε ύψος έτσι ώστε η εκτύπωση να μπορεί να πραγματοποιηθεί σε διαφορετικά επίπεδα.





Οι θερμικοί εκτυπωτές χρησιμοποιούν την θερμότητα που παράγεται από το ηλεκτρικό ρεύμα για να παράξουν παλμούς πίεσης και δύναμης έτσι ώστε το μελάνι να εγχυθεί. Πολλές μελέτες έχουν δείξει ότι αυτή η τοπική αύξηση της θερμοκρασίας κυμαίνεται από 200 έως και 300 βαθμούς κελσίου. Παρόλα αυτά έχει δειχθεί ότι δεν αποτελεί κίνδυνο για τα βιολογικά συστατικά όπως είναι το DNA, ούτε αποτελεί κίνδυνο για την διατήρηση των λειτουργιών των κυττάρων. Έχει αποδειχθεί ότι κατά τη διάρκεια της διαδικασίας της θέρμανσης εξαιτίας του χαμηλού χρόνου που διαρκεί αυτή έχουμε τελικά μία μικρή αύξηση της θερμοκρασίας του υλικού που κυμαίνεται από 4-10 βαθμούς κελσίου. Στα πλεονεκτήματα των θερμικών εκτυπωτών περιέχεται η μεγάλη τους ταχύτητα, το φτηνό κόστος και η διαθεσιμότητα τους. Παρόλο αυτά, το ρίσκο της έκθεσης των κυττάρων σε θερμική και μηχανική πίεση, η χαμηλή κατευθυντικότητα καθώς και ο φραγμός των ακροφύσιων αποτελούν σημαντικά μειονεκτήματα χρήσης αυτών των εκτυπωτών σε 3Dbioprinting.




Από την άλλη υπάρχουν και οι εκτυπωτές υγρής μελάνης που χρησιμοποιούν πιεζοηλεκτρικούς κρυστάλλους για να επιτύχουν την έγχυση της μελάνης. Αυτό επιτυγχάνεται με την εφαρμογή συγκεκριμένης τάσης σε ένα πιεζοηλεκτρικό στοιχείο το οποίο διαστέλλεται τόσο όσο χρειάζεται για να πιέσει την υγρή μελάνη να εξέλθει από το ακροφύσιο. Άλλοι εκτυπωτές χρησιμοποιούν ακουστικούς παλμούς στο υπερηχητικό φάσμα, για να πιέσουν τη μελάνη να εξέλθει από το ακροφύσιο. Παράγοντες όπως η συχνότητα ,ο παλμός και το πλάτος ρυθμίζονται έτσι ώστε να επιτευχθεί η απαιτούμενη ποσότητα της έγχυσης. Τα πλεονεκτήματα των ακουστικών εκτυπωτών είναι η δυνατότητα να ελέγχεται η ποσότητα της έγχυσης μέσα από τον έλεγχο του πλάτους και της συχνότητας. Επίσης το υλικό που τελικά ψεκάζεται χωρίς να δεχθεί θερμικά φορτία καθώς και φορτία πίεσης. Για να μειωθεί η απόλυτη πίεση που δέχονται τα κύτταρα στα άκρα του ακροφυσίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα σύστημα ανοικτού τύπου ακροφυσίου. Η χρήση του παραπάνω στοιχείου μειώνει δραματικά το ενδεχόμενο απώλειας της βιωσιμότητας των κυττάρων και επίσης αποφεύγεται το πρόβλημα της φραγής του ακροφυσίου. Ένα ακόμα πλεονέκτημα της παραπάνω μεθόδου είναι ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν πολλά ακροφύσια σε σχηματισμό έτσι ώστε να εγχύονται ακόμα και διαφορετικά βίο-υλικά την ίδια στιγμή για τον σχηματισμό πολλών διαφορετικών δομών.





Ένα κύριο μειονέκτημα που έχει η χρήση των εκτυπωτών τύπου inject είναι ότι απαιτείται το βιολογικό υλικό να είναι σε υγρή μορφή έτσι ώστε να μπορούν να σχηματιστούν τα σταγονίδια που ψεκάζονται. Ως εκ τούτου το υγρό που ψεκάζεται στη συνέχεια θα πρέπει με κάποιον τρόπο να αποκτήσει στερεή δομή έτσι ώστε να σχηματιστεί κάτι τρισδιάστατο. Αυτός ο περιορισμός μπορεί να ξεπεραστεί χρησιμοποιώντας υλικά που μετά ην εκτύπωση έχουν διασταυρωθεί με άλλα κάνοντας χρήση χημικών ,ρυθμιστών Ph. ή ακόμα και υπεριώδη ακτινοβολία. Η παραπάνω μέθοδος συχνά επιβραδύνει τη διαδικασία και επίσης τροποποιεί τη σύσταση των υλικών αλλάζοντας τόσο τις χημικές όσο και τις μηχανικές τους ιδιότητες. Επίσης αυτή η διασταύρωση των υλικών απαιτεί συνθήκες που έχουν δειχθεί ως τοξικές για τα κύτταρα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα η μέθοδος να έχει περιορισμένη βιωσιμότητα και λειτουργικότητα. Ένα άλλο εμπόδιο στη χρήση των εκτυπωτών inject είναι η δυσκολία επίτευξης υψηλών πυκνοτήτων βιολογικού υλικού. Χρησιμοποιούνται έτσι χαμηλές συγκεντρώσεις κυττάρων που φτάνουν τα 10 εκατομμύρια κύτταρα. Μεγαλύτερες πυκνότητες μπορούν να προκαλέσουν πρόβλημα στο στάδιο της σταθεροποίησης με το ειδικό τζελ.





Τα πλεονεκτήματα των εκτυπωτών inject είναι ότι το συγκεκριμένο είδος εκτυπωτή έχει ιδιαίτερα χαμηλό κόστος κτήσης, είναι γρήγοροι και συμβατότητοι με πολλά διαφορετικά βιολογικά υλικά. Ένα επίσης σπουδαίο πλεονέκτημα είναι ότι μέσα από τον έλεγχο της ποσότητας του ψεκασμού μπορούν να δημιουργηθούν πάρα πολλά διαφορετικά συμπλέγματα από βιολογικά υλικά. Έχουν μεγάλη ανάλυση και ακρίβεια και κάτι πολύ σημαντικό είναι το ελεγχόμενο μέγεθος της σταγόνας. Το μέγεθος της σταγόνας είναι από 1 έως και 300 πικόλιτρα (pl) και μπορούμε να ψεκάζουμε από μία έως 10.000 σταγόνες το λεπτό.




εκτύπωση ουροδόχου κύστης




Microextrusion bioprinting: Οι πιο κοινοί και οικονομικοί 3dprinters χρησιμοποιούν την μικρό-έγχυση. Οι Microextrusion 3Dεκτυπωτές για βιολογικό υλικό συνήθως αποτελούνται από ένα σύστημα θερμικά ελεγχόμενης παροχής υλικού στο επίπεδο X-Y-Z. Επίσης διαθέτουν μία πηγή φωτός από οπτικές ίνες, μία βιντεοκάμερα η οποία αντιλαμβάνεται τη θέση στο χώρο και έναν πιεζοηλεκτρικό υγραντήρα. Λίγοι είναι οι εκτυπωτές όπου χρησιμοποιούν πολλές κεφαλές έτσι ώστε να μπορούν να εκτυπώσουν διαφορετικά βίο-υλικά την ίδια στιγμή. Κάθε χρόνο πωλούνται πάνω από 30.000 3Dεκτυπωτές της ως άνω τεχνολογίας με αυξανόμενη τάση χρήσης στην έρευνα των ιστών και των οργάνων.






Η παραπάνω διαδικασία περιγράφεται ως η εναπόθεση ενός στερεού σε συγκεκριμένη επιφάνεια πάνω στο επίπεδο X-Z. Το υλικό βγαίνει από το ακροφύσιο όχι σε σταγόνες αλλά σε μεγαλύτερη ποσότητα(block). Για να επιτευχθεί η δημιουργία περισσότερων στρωμάτων ο ρομποτικός βραχίονας πάνω στον οποίο βρίσκεται η συσκευή μετακινείται και κατά το Z επίπεδο. Όσο αφορά τον τρόπο απόθεσης του υλικού το πιο συνηθισμένο στους 3Dεκτυπωτές βίο-υλικού είναι η χρήση πνευματικού συστήματος ή η χρήση κάποιου μηχανικού συστήματος (έμβολο ή κοχλίας) Τα μηχανικά συστήματα παρέχουν μεγαλύτερη ακρίβεια ως προς τη ροή του υλικού καθώς στα αντίστοιχα πνευματικά υπάρχει μία καθυστέρηση στην απόκριση εξαιτίας του πεπιεσμένου αέρα που απαιτείται. Από την άλλη τα πνευματικά συστήματα έχουν το πλεονέκτημα ότι έχουν πιο απλό μηχανισμό οδήγησης του υλικού και η μόνη δύναμη που ασκούν στο υλικό είναι η πίεση του αέρα. Τα μηχανικά συστήματα από την άλλη έχουν πιο σύνθετη δομή η οποία μπορεί να δίνει καλύτερο έλεγχο αλλά δεν επιτρέπει τη χρήση υλικών με μεγάλες πυκνότητες.





Με την μέθοδο του Microextrusion μπορούν να χρησιμοποιηθούν υλικά με διαφορετικό ιξώδες. Υλικά με ιξώδες από (30 mPa/s έως >6 × 107 mPa/s) έχει δειχθεί ότι είναι συμβατά με την παραπάνω μέθοδο τρισδιάστατης εκτύπωσης. Για την παραπάνω μέθοδο οι ερευνητές συχνά εκμεταλλεύονται υλικά που όταν διασταυρωθούν να είναι στερεά σε θερμοκρασία από 35-40°C. Αρκετά βιολογικά υλικά σε θερμοκρασία δωματίου παραμένουν υγρά και με χρήση κατάλληλων υλικών όπου διασταυρώνονται τελικά αποκτούν στερεή μορφή στο χώρο. Χάρη στις υψηλές τιμές της διάτμησης που λαμβάνει χώρα κατά τη διαδικασία που το υλικό περνάει μέσα από το ακροφύσιο το εναποθούμενο υλικό αποκτά υψηλή τιμή ιξώδους η οποία μας επιτρέπει να δημιουργήσουμε περίπλοκες σταθερές δομές.





Το κύριο πλεονέκτημα της μεθόδου του Microextrusion είναι η δυνατότητα να εναποθέτουμε βίο-υλικά με πολύ μεγάλες πυκνότητες. Το να πετύχουμε πυκνότητες όμοιες με αυτές που υπάρχουν στους οργανισμούς είναι ο κύριος σκοπός της βίο-εκτύπωσης. Κάποιες ομάδες ερευνητών έχουν χρησιμοποιήσει μόνο κύτταρα για να δομήσουν δομές ιστού στο χώρο. Άλλες αποθέτουν πολλυκυτταρικά σφαιρίδια τα οποίο αφήνονται να σχηματίσουν τον επιθυμητό ιστό μέσα από τη διαδικασία της αυτό-συναρμολόγησης.





Η βιωσιμότητα των κυττάρων μετά από την μέθοδο του Microextrusion είναι μειωμένη σε σχέση με αυτή των εκτυπωτών inject. Η βιωσιμότητα με την παραπάνω μέθοδο κυμαίνεται από 40 έως 86% ποσοστό που αυξάνεται όσο αυξάνονται οι δυνάμεις και η γεωμετρία του ακροφυσίου. Η παραπάνω χαμηλή βιωσιμότητα προκύπτει από τις υψηλές διατμητικές τάσεις που δέχεται το βίο-υλικό κατά τη διαδικασία. Οι τάσεις αυτές μπορούν να λάβουν χαμηλότερες τιμές ώστε να έχουμε μεγαλύτερη βιωσιμότητα κάνοντας χρήση χαμηλότερων πιέσεων και ακροφύσια με πιο ανοικτή γεωμετρία. Το παραπάνω βέβαια καθυστερεί ιδιαίτερα την διαδικασία. Από την άλλη η υψηλή βιωσιμότητα είναι απαραίτητη για την επίτευξη λειτουργικότητας των ιστών. Τέλος σημαντικό είναι τα κύτταρα όχι απλά να επιβιώνουν αλλά να διατηρούν και τις ιδιότητες τους όσο αφορά τη δημιουργία του εκάστοτε ιστού.



Χρήση microextrusion εκτυπωτή για την εύρεση φαρμάκων






Untitled-1.jpg






Υλικά για χρήση σε bio-printer: Αρχικά η τεχνολογία των 3Dprinters εστιάστηκε στην εκτύπωση μετάλλων, κεραμικών και θερμοπλαστικών πολυμερών. Η μεγάλη πρόκληση είναι να βρεθούν υλικά τα οποία όχι μόνα να είναι συμβατά με τα βίο-υλικά και την διαδικασία της εκτύπωσης αλλά επίσης να διατηρούν τις μηχανικές και λειτουργικές τους ιδιότητες για τα κατασκευάσματα των ιστών. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται σήμερα στον τομέα της αναγεννητικής ιατρικής βασίζονται είτε σε φυσικά προερχόμενα πολυμερή (αλγινικό νάτριο, ζελατίνη, κολλαγόνο, Χιτοζάνη, ινώδη και υαλουρονικό οξύ). Τα παραπάνω συχνά προέρχονται από ιστούς ζώων ή ανθρώπων. Τα πλεονεκτήματα των φυσικών πολυμερών για 3Dβίο-εκτύπωση είναι a) η ομοιότητα τους με το ανθρώπινο ECM b)η βίο-δραστικότητα τους. Τα πλεονεκτήματα των συνθετικών πολυμερών είναι ότι μπορούν να προσαρμοστούν σε συγκεκριμένες φυσικές ιδιότητες που απαιτούνται για κάθε εφαρμογή. Οι προκλήσεις που πρέπει να κερδηθούν είναι η μη βιοσυμβατότητα και τα τοξικά προϊόντα που αποικοδομούν τις μηχανικές ιδιότητες του συνολικού κατασκευάσματος. Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η χρήση υδατικού τζελ που είναι υδρόφιλο και απορροφητικό είναι μία λύση που μας επιτρέπει να ελέγχουμε τις φυσικές ιδιότητες του παρασκευάσματος κατά τη διάρκεια της σύνθεσης.





Δεδομένου ότι η ποικιλία των βιολογικών υλικών που είναι κατάλληλα για βίο-εκτύπωση αυξάνεται η λίστα των επιθυμητών χαρακτηριστικών που πρέπει να φέρουν τα παραπάνω υλικά γίνεται ολοένα και συγκεκριμένη αλλά και πολύπλοκη. Τα υλικά πρέπει να είναι κατάλληλα για να διασταυρώνονται με άλλα υλικά έτσι ώστε μακροπρόθεσμα να διατηρούν τη δομή και το σχήμα τους. Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό είναι τα υλικά να υποστηρίζουν την κυτταρική προσκόλληση και τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων.






Παραδείγματα από τη χρήση bio-3D-printer




bio1.jpg





Με τις τεχνικές της βιοεκτύπωσης έχουν δημιουργηθεί υποκατάστατα του δέρματος και του χόνδρου. Τα παραπάνω κατασκευάστηκαν από 3Dτρισδιάστατους εκτυπωτές ψεκασμού (inject). Επίσης έχει κατασκευαστεί ένα αγγειακό μόσχευμα με εκτυπωτή Microextrusionόπως και μία βαλβίδα καρδιάς. Σε πρώιμο στάδιο επίσης βρίσκεται η κατασκευή νεφρού.




nbt.2958-F3.jpg




Βιβλιογραφία




http://en.wikipedia.org/wiki/3D_bioprinting

http://www.3dbioprintingconference.com/

http://health.howstuffworks.com/medicine/modern-technology/3-d-bioprinting.htm

http://www.lifescienceleader.com/doc/d-bioprinting-could-speed-up-drug-development-0001

http://www.techrepublic.com/article/3d-bioprinting-10-things-you-should-know-about-how-it-works/

http://www.nature.com/nbt/journal/v32/n8/full/nbt.2958.html

http://www.sciencedaily.com/releases/2014/06/140630103136.htm

http://3dprint.com/26107/ui-bioprinting-3d-print/

http://www.genengnews.com/gen-articles/magazine-preview-3d-bioprinting-a-deliberate-business/5379/

http://www.n3dbio.com/products/magnetic-3d-bioprinting/


Παρουσίαση μαθήματος