3D-printet stillads udviklet til at dyrke komplekse væv
Om et øjeblik
- En ny teknik til at indgravere 3D-printede stilladser til vævsreparation vil gøre det muligt for mange celletyper at vokse på et enkelt implantat.
- Teknologien kan bruges til at fremme reparationen af komplekse væv som knogle og brusk, der består af forskellige celletyper.
Et fluorescerende farvestof afslører det “blæk”, der holdes inde i en rille, der er graveret ind i den buede svingning af en stilladsfiber. Diaz-Gomez et al., Bioprinting Fremskridt inden for 3D-printteknikker har ført til håb om forbedringer inden for regenerativ medicin. Dette forskningsområde har til formål at bruge stamceller og andre teknologier – f.eks. konstruerede biomaterialer – til at reparere eller erstatte beskadigede celler, væv eller organer.
Meget arbejde inden for regenerativ medicin har fokuseret på idéen om at skabe stilladser. Scaffolds er strukturer af kunstige eller naturlige materialer, hvorpå nyt væv kan dyrkes for at erstatte beskadiget væv. Sådanne stilladser kan fremstilles uden for kroppen – f.eks. for at begynde at dyrke et stykke knogle i laboratoriet, som derefter kan implanteres kirurgisk. De kan også bruges til direkte at fremme reparation inde i kroppen.
Forskningen på dette område er stødt på flere teknologiske forhindringer. Det har vist sig vanskeligt at fordele cellerne på en forudsigelig måde på mange 3D-printede stilladser. En jævn og kontrolleret fordeling af cellerne er nødvendig for at kunne dyrke komplekse væv som knogle og brusk, der består af mange forskellige celletyper.
Skabelsen af de “bioinks”, der bruges til at printe celler på stilladserne, har også vist sig at være en udfordring. De er blevet udviklet til at være tykke og tyktflydende for at forhindre, at biolakken løber af stilladserne. Men denne viskositet kan beskadige cellerne under udskrivningsprocessen.
Forskere under ledelse af Dr. Antonios Mikos fra Rice University har afprøvet måder at forbedre 3D-stilladser og biobrændstof til udskrivning af biomaterialer på. I deres nye undersøgelse testede de, om gravering af riller på printede stilladsfibre kunne hjælpe med at holde cellerne på plads og gøre det muligt at bruge mindre tyktflydende bioink. Arbejdet blev delvist finansieret af NIH’s National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB). Resultaterne vil blive offentliggjort i juni 2020-udgaven af Bioprinting.
CT-billede af en 3D-printet scaffold med riller. Rice Biomaterials Lab Forskerne skabte fibre ved hjælp af et printhoved og brugte derefter, da fibrene var afkølet, et graveringshoved, der kunne skabe riller og kanaler i forskellige højder til forskellige formål. Den generelle struktur af de trykte fibre blev ikke beskadiget af graveringen, og når fibrene blev lagt i lag sammen i 90°-vinkler, beholdt de resulterende stilladser deres styrke under kompression.
Når rillerne derefter blev fyldt med lavviskose bioblæk, holdt de dem på plads uden overfyldning og spredning.
Derpå testede holdet overlevelsen af strukturdannende celler kaldet fibroblaster, når de blev trykt på de graverede stilladser ved hjælp af lavviskose blæk. 24 timer efter udskrivning var der stadig et stort antal celler i live i rillerne.
“Denne nye teknologi giver os mulighed for at udskrive stilladser i flere lag med forskellige celletyper i hvert lag,” siger Mikos. “Målet er at dyrke væv, der bedre efterligner den oprindelige struktur for at skabe en mere funktionel og holdbar reparation.”
Teknikken kan også gøre det muligt at printe skrøbelige molekyler, såsom vækstfaktorer, på stilladset. Forskerne er nu i gang med at undersøge, hvordan man bedre kan kontrollere skabelsen af riller af forskellig størrelse med henblik på at bruge teknologien i stilladser af meget tynde materialer eller til at lave dybere riller, når det er nødvendigt.