Scheletul tipărit 3D proiectat pentru a dezvolta țesuturi complexe
La prima vedere
- O nouă tehnică de gravură a scheletelor tipărite 3D pentru repararea țesuturilor ar permite dezvoltarea mai multor tipuri de celule pe un singur implant.
- Tehnologia ar putea fi folosită pentru a stimula repararea țesuturilor complexe, cum ar fi osul și cartilajul, care sunt alcătuite din diferite tipuri de celule.
Un colorant fluorescent dezvăluie „cerneala” ținută în interiorul unei caneluri gravate în rândul curbat al unei fibre de schelă. Diaz-Gomez și colab., Bioprinting Avansările în tehnicile de imprimare 3D au condus la speranța unor îmbunătățiri în medicina regenerativă. Acest domeniu de cercetare are ca scop utilizarea celulelor stem și a altor tehnologii – cum ar fi biomaterialele fabricate – pentru a repara sau înlocui celulele, țesuturile sau organele deteriorate.
Multă muncă în medicina regenerativă s-a concentrat pe ideea de a crea schele. Schelele sunt structuri din materiale artificiale sau naturale pe care pot fi cultivate noi țesuturi pentru a înlocui țesuturile deteriorate. Astfel de schele ar putea fi pregătite în afara corpului – de exemplu, pentru a începe să crească în laborator o bucată de os care ar putea fi apoi implantată chirurgical. Ele ar putea fi, de asemenea, folosite pentru a promova în mod direct repararea în interiorul corpului.
Cercetarea în acest domeniu s-a lovit de mai multe obstacole tehnologice. S-a dovedit a fi greu de distribuit celulele în mod previzibil pe multe schele tipărite 3D. Distribuirea uniformă și controlată a celulelor este necesară pentru a crește țesuturi complexe, cum ar fi osul și cartilajul, care sunt alcătuite din mai multe tipuri de celule diferite.
Crearea „biolipidelor” folosite pentru a imprima celulele pe schele s-a dovedit, de asemenea, o provocare. Acestea au fost dezvoltate pentru a fi groase și vâscoase pentru a împiedica scurgerea bioink-ului de pe schele. Dar această vâscozitate poate deteriora celulele în timpul procesului de imprimare.
Cercetătorii conduși de Dr. Antonios Mikos de la Universitatea Rice au testat modalități de îmbunătățire a schelelor 3D și a bioink-ului pentru imprimarea biomaterialelor. În noul lor studiu, ei au testat dacă gravarea de caneluri pe fibrele tipărite ale schelei ar putea ajuta la menținerea celulelor la locul lor și ar permite utilizarea unui bioink mai puțin vâscos. Lucrarea a fost finanțată în parte de Institutul Național de Imagistică Biomedicală și Bioinginerie (NIBIB) al NIH. Rezultatele vor fi publicate în numărul din iunie 2020 al revistei Bioprinting.
Imagine CT a unei schele tipărite 3D cu caneluri. Rice Biomaterials Lab Cercetătorii au creat fibre folosind un cap de imprimare și apoi, când fibrele s-au răcit, au folosit un cap de gravură care a fost capabil să creeze caneluri și canale de diferite înălțimi pentru diferite scopuri. Structura generală a fibrelor imprimate nu a fost deteriorată de gravură, iar atunci când fibrele au fost stratificate împreună în unghiuri de 90°, schelele rezultate și-au păstrat rezistența la compresie.
Când canelurile au fost apoi umplute cu cerneluri biologice cu vâscozitate scăzută, acestea le-au menținut în poziție fără a se umple în exces și fără a se răspândi.
Echipa a testat apoi supraviețuirea celulelor creatoare de structură numite fibroblaste atunci când au fost imprimate pe schelele gravate folosind cerneală cu vâscozitate scăzută. La 24 de ore după imprimare, un număr mare de celule au rămas în viață în caneluri.
„Această nouă tehnologie ne permite să imprimăm schele multistraturi însămânțate cu diferite tipuri de celule în fiecare strat”, spune Mikos. „Scopul este de a crește țesuturi care imită mai bine structura originală pentru a crea o reparație mai funcțională și mai durabilă.”
Tehnica poate permite, de asemenea, imprimarea de molecule fragile, cum ar fi factorii de creștere, pe schele. Cercetătorii explorează acum modalități de a controla mai bine crearea de caneluri de diferite dimensiuni, cu scopul de a utiliza tehnologia în schele realizate din materiale foarte subțiri sau pentru a realiza caneluri mai adânci atunci când este necesar.
.