3D tištěný scaffold určený k pěstování komplexních tkání
Přehledně
- Nová technika gravírování 3D tištěných scaffoldů pro opravu tkání by umožnila pěstování mnoha typů buněk na jednom implantátu.
- Technologie by mohla být využita k posílení oprav složitých tkání, jako jsou kosti a chrupavky, které se skládají z různých typů buněk.
Fluorescenční barvivo odhaluje „inkoust“ držený uvnitř drážky vyryté do zakřiveného závitu vlákna lešení. Diaz-Gomez a další, Bioprinting Pokroky v technikách 3D tisku vedly k naději na zlepšení v regenerativní medicíně. Cílem této oblasti výzkumu je využití kmenových buněk a dalších technologií – například upravených biomateriálů – k opravě nebo náhradě poškozených buněk, tkání nebo orgánů.
Velká část práce v regenerativní medicíně se zaměřuje na myšlenku vytváření lešení. Lešení jsou struktury z umělých nebo přírodních materiálů, na nichž lze vypěstovat novou tkáň, která nahradí tkáň poškozenou. Takové scaffoldy lze připravit mimo tělo – například začít pěstovat kus kosti v laboratoři, který by pak mohl být chirurgicky implantován. Mohly by být také použity k přímé podpoře oprav uvnitř těla.
Výzkum v této oblasti narazil na několik technologických překážek. Ukázalo se, že je obtížné předvídatelně distribuovat buňky na mnoha 3D tištěných lešeních. Rovnoměrné a kontrolované rozmístění buněk je nutné pro pěstování složitých tkání, jako jsou kosti a chrupavky, které se skládají z mnoha různých typů buněk.
Vytvoření „bioinků“, které se používají k tisku buněk na scaffoldy, se také ukázalo jako náročné. Byly vyvinuty tak, aby byly husté a viskózní, aby bioink nestékal ze scaffoldů. Tato viskozita však může při tisku poškodit buňky.
Výzkumníci pod vedením Dr. Antoniosa Mikose z Rice University testují způsoby, jak vylepšit 3D scaffoldy a bioink pro tisk biomateriálů. Ve své nové studii testovali, zda by vyrytí drážek do vláken tištěného scaffoldu mohlo pomoci udržet buňky na místě a umožnit použití méně viskózního bioinku. Práce byla částečně financována Národním institutem biomedicínského zobrazování a bioinženýrství (NIH). Výsledky budou zveřejněny v červnovém vydání časopisu Bioprinting v roce 2020.
CT snímek 3D tištěného lešení s drážkami. Rice Biomaterials Lab Výzkumníci vytvořili vlákna pomocí jedné tiskové hlavy a poté, když vlákna vychladla, použili gravírovací hlavu, která dokázala vytvořit drážky a kanály různé výšky pro různé účely. Celková struktura vytištěných vláken nebyla gravírováním poškozena, a když byla vlákna navrstvena na sebe pod úhlem 90°, výsledné scaffoldy si zachovaly svou pevnost při stlačení.
Když pak byly drážky vyplněny nízkoviskózními bioinkousty, držely na místě, aniž by došlo k jejich přeplnění a rozšíření.
Tým dále testoval přežití strukturotvorných buněk zvaných fibroblasty, když byly vytištěny na gravírované scaffoldy pomocí nízkoviskózního inkoustu. Po 24 hodinách od tisku zůstalo v drážkách naživu velké množství buněk.
„Tato nová technologie nám umožňuje tisknout vícevrstvé scaffoldy osázené různými typy buněk v každé vrstvě,“ říká Mikos. „Cílem je vypěstovat tkáně, které lépe napodobují původní strukturu, a vytvořit tak funkčnější a odolnější opravu.“
Tato technika může také umožnit tisk křehkých molekul, jako jsou růstové faktory, na lešení. Vědci nyní zkoumají způsoby, jak lépe kontrolovat vytváření různě velkých drážek, s cílem využít tuto technologii u scaffoldů z velmi tenkých materiálů nebo k vytvoření hlubších drážek v případě potřeby.