3D-nyomtatott állványzat komplex szövetek növekedéséhez
At a Glance
- A szövetjavításhoz használt 3D-nyomtatott állványzat új technikája lehetővé tenné, hogy egyetlen implantátumon számos sejttípus növekedjen.
- A technológiát a különböző sejttípusokból álló összetett szövetek, például a csont és a porc javításának fellendítésére lehetne használni.
Fluoreszcens festék mutatja meg a “tintát”, amelyet egy állványrost ívelt fordulójába vésett horonyban tartanak. Diaz-Gomez et al., Bioprinting A 3D nyomtatási technikák fejlődése reményt ad a regeneratív orvoslás javulására. A kutatás ezen területének célja, hogy őssejteket és más technológiákat – például mesterséges bioanyagokat – használjon a sérült sejtek, szövetek vagy szervek helyreállítására vagy pótlására.
A regeneratív orvoslásban végzett munka nagy része az állványok létrehozásának ötletére összpontosít. Az állványok olyan mesterséges vagy természetes anyagokból készült struktúrák, amelyeken új szöveteket lehet növeszteni a sérült szövetek pótlására. Az ilyen állványzatokat a testen kívül is el lehet készíteni – például egy csontdarab laboratóriumban történő növesztésének megkezdéséhez, amelyet aztán sebészi úton be lehet ültetni. Használhatók lennének a testen belüli javítás közvetlen elősegítésére is.
Az e területen végzett kutatások számos technológiai akadályba ütköztek. Számos 3D nyomtatott állványzaton nehéznek bizonyult a sejtek kiszámítható eloszlása. A sejtek egyenletes és ellenőrzött eloszlása szükséges az olyan összetett szövetek, mint a csont és a porc növesztéséhez, amelyek sok különböző sejttípusból állnak.
A sejtek állványzatra nyomtatásához használt “bioinkek” előállítása szintén kihívásnak bizonyult. Ezeket úgy fejlesztették ki, hogy vastagok és viszkózusak legyenek, hogy a biofesték ne folyjon le az állványzatról. Ez a viszkozitás azonban károsíthatja a sejteket a nyomtatási folyamat során.
A Rice Egyetem Dr. Antonios Mikos által vezetett kutatói a 3D-s állványok és a biofestékek javításának módjait tesztelték a bioanyagok nyomtatásához. Új tanulmányukban azt vizsgálták, hogy a nyomtatott állványrostokra vésett barázdák segíthetnek-e a sejtek helyben tartásában, és lehetővé teszik-e a kevésbé viszkózus biofesték használatát. A munkát részben az NIH Nemzeti Biomedikai Képalkotó és Biomérnöki Intézet (National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering, NIBIB) finanszírozta. Az eredményeket a Bioprinting 2020. júniusi számában teszik közzé.
CT-kép egy barázdákkal ellátott 3D-nyomtatott állványzatról. Rice Biomaterials Lab A kutatók egy nyomtatófejjel szálakat hoztak létre, majd amikor a szálak lehűltek, egy vésőfejet használtak, amellyel különböző magasságú barázdákat és csatornákat tudtak létrehozni különböző célokra. A nyomtatott szálak általános szerkezetét a gravírozás nem károsította, és amikor a szálakat 90°-os szögben egymásra rétegezték, az így kapott állványok megtartották szilárdságukat összenyomás alatt.
Amikor ezután a barázdákat alacsony viszkozitású biofestékkel töltötték ki, azok túltöltés és szétterülés nélkül a helyükön tartották őket.
A csapat ezután a fibroblasztoknak nevezett szerkezetalkotó sejtek túlélését tesztelte, amikor a gravírozott állványokra alacsony viszkozitású tintával nyomtatták őket. A nyomtatás után 24 órával nagyszámú sejt maradt életben a barázdákban.
“Ez az új technológia lehetővé teszi, hogy többrétegű állványzatokat nyomtassunk, amelyeket minden rétegben különböző sejttípusokkal vetettek be” – mondja Mikos. “A cél az, hogy olyan szöveteket növesszünk, amelyek jobban utánozzák az eredeti szerkezetet, hogy funkcionálisabb és tartósabb javítást hozzunk létre.”
A technika azt is lehetővé teheti, hogy törékeny molekulákat, például növekedési faktorokat nyomtassunk az állványzatra. A kutatók most azt vizsgálják, hogyan lehet jobban szabályozni a különböző méretű barázdák létrehozását, azzal a céllal, hogy a technológiát nagyon vékony anyagokból készült állványoknál vagy szükség esetén mélyebb barázdák készítésére használják.