3D-geprinte steiger ontworpen om complexe weefsels te laten groeien
At a Glance
- Een nieuwe techniek om 3D-geprinte steigers voor weefselherstel te graveren, zou het mogelijk maken om veel celtypen op één enkel implantaat te laten groeien.
- De technologie zou kunnen worden gebruikt om het herstel van complexe weefsels zoals bot en kraakbeen, die uit verschillende soorten cellen bestaan, te bevorderen.
Een fluorescerende kleurstof onthult de “inkt” die zich in een groef bevindt die in de gebogen bocht van een steigervezel is gegraveerd. Diaz-Gomez e.a., Bioprinting De vooruitgang in 3D-printingtechnieken heeft geleid tot hoop op verbeteringen in de regeneratieve geneeskunde. Dit onderzoeksgebied richt zich op het gebruik van stamcellen en andere technologieën – zoals gemanipuleerde biomaterialen – om beschadigde cellen, weefsels of organen te herstellen of te vervangen.
Veel werk in de regeneratieve geneeskunde is gericht op het idee om steigers te maken. Scaffolds zijn structuren van kunstmatige of natuurlijke materialen waarop nieuw weefsel kan worden gekweekt om beschadigd weefsel te vervangen. Dergelijke steigers kunnen buiten het lichaam worden geprepareerd – bijvoorbeeld om in het laboratorium een begin te maken met de groei van een stukje bot dat vervolgens operatief kan worden geïmplanteerd. Zij zouden ook kunnen worden gebruikt om het herstel binnen het lichaam direct te bevorderen.
Onderzoek op dit gebied is op verschillende technologische hindernissen gestuit. Het is moeilijk gebleken om cellen voorspelbaar te verdelen op veel 3D-geprinte steigers. De gelijkmatige en gecontroleerde verdeling van cellen is nodig om complexe weefsels zoals bot en kraakbeen te laten groeien, die uit veel verschillende celtypen bestaan.
Het maken van de “bioinks” die worden gebruikt om cellen op steigers te printen, is ook een uitdaging gebleken. Ze zijn zo dik en viskeus ontwikkeld dat de bioink niet van de steigers afloopt. Maar deze viscositeit kan cellen beschadigen tijdens het printproces.
Onderzoekers onder leiding van Dr. Antonios Mikos van de Rice University hebben manieren getest om 3D scaffolds en bioink voor het printen van biomaterialen te verbeteren. In hun nieuwe studie hebben ze getest of het graveren van groeven in geprinte steigervezels kan helpen cellen op hun plaats te houden en het gebruik van minder viskeuze bioink mogelijk maakt. Het werk werd gedeeltelijk gefinancierd door NIH’s National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB). De resultaten worden gepubliceerd in het juni 2020 nummer van Bioprinting.
CT-afbeelding van een 3D-geprint steiger met groeven. Rice Biomaterials Lab De onderzoekers maakten vezels met behulp van één printkop en gebruikten vervolgens, wanneer de vezels waren afgekoeld, een graveerkop die groeven en kanalen van verschillende hoogten kon maken voor verschillende doeleinden. De algemene structuur van de geprinte vezels werd niet beschadigd door het graveren, en wanneer de vezels in hoeken van 90° in elkaar werden gelaagd, behielden de resulterende steigers hun sterkte onder compressie.
Wanneer de groeven vervolgens werden gevuld met bioinkten met een lage viscositeit, hielden ze hen op hun plaats zonder overvulling en verspreiding.
Het team testte vervolgens de overleving van structuurvormende cellen genaamd fibroblasten wanneer ze op de gegraveerde steigers werden geprint met inkt met een lage viscositeit. 24 uur na het printen bleven grote aantallen cellen in leven in de groeven.
“Deze nieuwe technologie stelt ons in staat om meerlaagse steigers te printen, gezaaid met verschillende celtypen in elke laag,” zegt Mikos. “Het doel is om weefsels te kweken die de oorspronkelijke structuur beter nabootsen om een meer functionele en duurzame reparatie te creëren.”
De techniek kan het ook mogelijk maken om kwetsbare moleculen, zoals groeifactoren, op steigers te printen. De onderzoekers onderzoeken nu manieren om de creatie van verschillende maten groeven beter te controleren, met het doel om de technologie te gebruiken in steigers gemaakt van zeer dunne materialen of om diepere groeven te maken wanneer dat nodig is.