Wydrukowane w 3D rusztowanie stworzone do wzrostu złożonych tkanek
W skrócie
- Nowa technika grawerowania wydrukowanych w 3D rusztowań do naprawy tkanek pozwoliłaby na wzrost wielu typów komórek na jednym implancie.
- Technologia ta mogłaby zostać wykorzystana do wzmocnienia naprawy złożonych tkanek, takich jak kości i chrząstki, które składają się z różnych typów komórek.
Barwnik fluorescencyjny ujawnia „atrament” znajdujący się wewnątrz rowka wygrawerowanego w zakrzywionym skręcie włókna rusztowania. Diaz-Gomez et al., Bioprinting Postępy w technikach druku 3D przyniosły nadzieję na poprawę w medycynie regeneracyjnej. Ten obszar badań ma na celu wykorzystanie komórek macierzystych i innych technologii – takich jak inżynieria biomateriałów – do naprawy lub zastąpienia uszkodzonych komórek, tkanek lub narządów.
Wiele prac w medycynie regeneracyjnej skupiło się na idei tworzenia rusztowań. Rusztowania to struktury ze sztucznych lub naturalnych materiałów, na których można hodować nową tkankę w celu zastąpienia uszkodzonej tkanki. Takie rusztowania mogą być przygotowywane poza organizmem – na przykład w celu rozpoczęcia w laboratorium wzrostu fragmentu kości, który następnie może zostać chirurgicznie wszczepiony. Mogą być również wykorzystywane do bezpośredniego wspierania naprawy wewnątrz ciała.
Badania w tej dziedzinie napotkały kilka przeszkód technologicznych. Okazało się, że trudno jest rozmieścić komórki w sposób przewidywalny na wielu drukowanych w 3D rusztowaniach. Równomierne i kontrolowane rozmieszczenie komórek jest wymagane do wzrostu złożonych tkanek, takich jak kości i chrząstki, które składają się z wielu różnych typów komórek.
Tworzenie „bioinków” używanych do drukowania komórek na rusztowaniach również okazało się wyzwaniem. Zostały one opracowane tak, aby były gęste i lepkie, dzięki czemu bioink nie spływa z rusztowań. Ale ta lepkość może uszkodzić komórki podczas procesu drukowania.
Badacze kierowani przez Dr. Antonios Mikos z Rice University testowali sposoby ulepszenia rusztowań 3D i bioink do drukowania biomateriałów. W swoim nowym badaniu sprawdzili, czy grawerowanie rowków na włóknach drukowanego rusztowania może pomóc w utrzymaniu komórek na miejscu i pozwolić na użycie mniej lepkiego bioink. Praca została sfinansowana częściowo przez National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB) NIH. Wyniki zostaną opublikowane w numerze Bioprinting z czerwca 2020 roku.
CT image of a 3D-printed scaffold with grooves. Rice Biomaterials Lab Badacze stworzyli włókna używając jednej głowicy drukującej, a następnie, gdy włókna ostygły, użyli głowicy grawerującej, która była w stanie stworzyć rowki i kanały o różnych wysokościach dla różnych celów. Ogólna struktura wydrukowanych włókien nie została uszkodzona przez grawerowanie, a kiedy włókna zostały ułożone warstwowo pod kątem 90°, powstałe rusztowania zachowały swoją wytrzymałość przy ściskaniu.
Kiedy rowki zostały następnie wypełnione bioinkami o niskiej lepkości, utrzymały je na miejscu bez przepełniania i rozprzestrzeniania się.
Następnie zespół przetestował przeżywalność komórek tworzących strukturę zwanych fibroblastami, kiedy zostały wydrukowane na wygrawerowanych rusztowaniach przy użyciu tuszu o niskiej lepkości. Po 24 godzinach od drukowania, duża liczba komórek pozostała żywa w rowkach.
„Ta nowa technologia pozwala nam na drukowanie wielowarstwowych rusztowań z nasionami różnych typów komórek w każdej warstwie”, mówi Mikos. „Celem jest wyhodowanie tkanek, które lepiej naśladują oryginalną strukturę, aby stworzyć bardziej funkcjonalną i trwałą naprawę.”
Technologia ta może również pozwolić na drukowanie delikatnych cząsteczek, takich jak czynniki wzrostu, na rusztowaniach. Naukowcy badają obecnie sposoby lepszej kontroli tworzenia różnej wielkości rowków, mając na celu wykorzystanie tej technologii w rusztowaniach wykonanych z bardzo cienkich materiałów lub do tworzenia głębszych rowków w razie potrzeby.