3D-printade ställningar för att odla komplexa vävnader
Om översikt
- En ny teknik för att gravera 3D-printade ställningar för vävnadsreparation skulle göra det möjligt att odla många olika celltyper på ett och samma implantat.
- Tekniken skulle kunna användas för att öka reparationen av komplexa vävnader som ben och brosk, som består av olika typer av celler.
Ett fluorescerande färgämne avslöjar ”bläcket” som hålls inne i ett spår som graverats in i den böjda vändningen på en fiber av en ställning. Diaz-Gomez et al., Bioprinting Framsteg inom 3D-utskriftsteknik har lett till hopp om förbättringar inom regenerativ medicin. Detta forskningsområde syftar till att använda stamceller och annan teknik – t.ex. konstruerade biomaterial – för att reparera eller ersätta skadade celler, vävnader eller organ.
En stor del av arbetet inom regenerativ medicin har fokuserat på idén att skapa ställningar. Scaffolds är strukturer av konstgjorda eller naturliga material på vilka ny vävnad kan odlas för att ersätta skadad vävnad. Sådana ställningar skulle kunna framställas utanför kroppen – till exempel för att börja odla en bit ben i laboratoriet som sedan kan implanteras kirurgiskt. De skulle också kunna användas för att direkt främja reparation i kroppen.
Forskningen på detta område har stött på flera tekniska hinder. Det har visat sig vara svårt att fördela cellerna på ett förutsägbart sätt på många 3D-printade ställningar. En jämn och kontrollerad fördelning av celler krävs för att odla komplexa vävnader som ben och brosk, som består av många olika celltyper.
Att skapa de ”bioinkar” som används för att skriva ut celler på ställningar har också visat sig vara en utmaning. De har utvecklats för att vara tjocka och trögflytande för att förhindra att bioinkten rinner av från ställningarna. Men denna viskositet kan skada cellerna under utskriftsprocessen.
Forskare under ledning av dr Antonios Mikos från Rice University har testat olika sätt att förbättra 3D-ställningar och biotryck för utskrift av biomaterial. I sin nya studie testade de om det skulle kunna hjälpa till att hålla cellerna på plats genom att gravera spår på utskrivna scaffoldfibrer och göra det möjligt att använda mindre viskös bioink. Arbetet finansierades delvis av NIH:s National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB). Resultaten kommer att publiceras i juni 2020 års nummer av Bioprinting.
CT-bild av en 3D-tryckt ställning med rännor. Rice Biomaterials Lab Forskarna skapade fibrer med hjälp av ett skrivarhuvud och använde sedan, när fibrerna svalnat, ett graveringshuvud som kunde skapa spår och kanaler av olika höjd för olika ändamål. Den allmänna strukturen hos de tryckta fibrerna skadades inte av graveringen, och när fibrerna lades i lager tillsammans i 90° vinklar behöll de resulterande ställningarna sin styrka under kompression.
När spåren sedan fylldes med lågviskösa biobläck höll de dem på plats utan att överfyllas och spridas.
Det teamet testade därefter överlevnaden hos strukturbildande celler, så kallade fibroblaster, när de skrevs ut på de graverade ställningarna med hjälp av lågvisköst bläck. 24 timmar efter utskriften förblev ett stort antal celler vid liv i spåren.
”Den här nya tekniken gör det möjligt för oss att skriva ut flera lager av ställningar med olika celltyper i varje lager”, säger Mikos. ”Målet är att odla vävnader som bättre efterliknar den ursprungliga strukturen för att skapa en mer funktionell och hållbar reparation.”
Tekniken kan också göra det möjligt att skriva ut ömtåliga molekyler, t.ex. tillväxtfaktorer, på ställningar. Forskarna utforskar nu sätt att bättre kontrollera skapandet av olika stora spår, med målet att använda tekniken i ställningar gjorda av mycket tunna material eller för att göra djupare spår när det behövs.