3D-tulostettu teline suunniteltu kasvattamaan monimutkaisia kudoksia
At a Glance
- Uusi tekniikka, jolla kaiverretaan 3D-tulostettuja telineitä kudosten korjausta varten, mahdollistaisi monien solutyyppien kasvattamisen yhdelle istutteelle.
- Tekniikkaa voitaisiin käyttää tehostamaan erilaisten solutyyppien muodostamien monimutkaisten kudosten, kuten luun ja ruston, korjausta.
Fluoresoiva väriaine paljastaa telinekuidun kaarevaan kierteeseen kaiverretun uran sisällä pidettävän ”musteen”. Diaz-Gomez et al., Bioprinting 3D-tulostustekniikoiden edistysaskeleet ovat antaneet toivoa parannuksista regeneratiivisessa lääketieteessä. Tällä tutkimusalueella pyritään käyttämään kantasoluja ja muita tekniikoita – kuten muokattuja biomateriaaleja – vaurioituneiden solujen, kudosten tai elinten korjaamiseen tai korvaamiseen.
Paljon työtä regeneratiivisen lääketieteen alalla on keskitytty ajatukseen telineiden luomisesta. Telineet ovat keinotekoisista tai luonnollisista materiaaleista valmistettuja rakenteita, joihin voidaan kasvattaa uutta kudosta vaurioituneen kudoksen tilalle. Tällaisia telineitä voitaisiin valmistaa kehon ulkopuolella – esimerkiksi alkaa kasvattaa laboratoriossa luupalaa, joka voitaisiin sitten istuttaa kirurgisesti. Niitä voitaisiin käyttää myös suoraan edistämään korjausta kehon sisällä.
Tutkimus tällä alalla on törmännyt useisiin teknologisiin esteisiin. On osoittautunut vaikeaksi jakaa soluja ennustettavasti moniin 3D-tulostettuihin telineisiin. Solujen tasaista ja hallittua jakautumista tarvitaan, jotta voidaan kasvattaa monimutkaisia kudoksia, kuten luuta ja rustoa, jotka koostuvat monista eri solutyypeistä.
Solujen tulostamiseen telineisiin käytettävien ”bioinkkien” luominen on myös osoittautunut haastavaksi. Niitä on kehitetty niin, että ne ovat paksuja ja viskoosisia, jotta biomuste ei valuisi pois telineistä. Tämä viskositeetti voi kuitenkin vahingoittaa soluja tulostusprosessin aikana.
Tohtori Antonios Mikosin johtamat tutkijat Ricen yliopistosta ovat testanneet tapoja parantaa 3D-telineitä ja biomateriaalien tulostamiseen käytettävää biomassaa. Uudessa tutkimuksessaan he testasivat, voisiko urien kaiverruttaminen tulostettuihin telineen kuituihin auttaa pitämään solut paikoillaan ja mahdollistaa vähemmän viskoosin biomusteen käytön. Työtä rahoitti osittain NIH:n National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB). Tulokset julkaistaan kesäkuussa 2020 ilmestyvässä Bioprinting-lehdessä.
CT-kuva 3D-tulostetusta telineestä, jossa on uria. Rice Biomaterials Lab Tutkijat loivat kuituja käyttämällä yhtä tulostuspäätä ja sen jälkeen, kun kuidut olivat jäähtyneet, he käyttivät kaiverruspäätä, jolla pystyi luomaan erikorkuisia uria ja kanavia eri tarkoituksiin. Kaiverrus ei vahingoittanut tulostettujen kuitujen yleistä rakennetta, ja kun kuidut kerrostettiin toisiinsa 90°:n kulmissa, tuloksena syntyneet telineet säilyttivät lujuutensa puristuksessa.
Kun urat sitten täytettiin matalaviskositeetilla biomusteilla, ne pysyivät paikoillaan ilman, että ne täyttyivät liikaa ja levittäytyivät.
Seuraavaksi työryhmä testasi fibroblasteiksi kutsuttujen rakennetta luotaavien solujen eloonjäämistä silloin, kun ne oli tulostettu kaiverrettuihin telineisiin matalaviskositeetilla musteilla. Vielä 24 tuntia tulostuksen jälkeen suuri määrä soluja oli elossa urissa.
”Tämä uusi tekniikka mahdollistaa monikerroksisten telineiden tulostamisen, joihin on kylvetty eri solutyyppejä jokaiseen kerrokseen”, Mikos sanoo. ”Tavoitteena on kasvattaa kudoksia, jotka jäljittelevät paremmin alkuperäistä rakennetta, jotta saadaan aikaan toimivampi ja kestävämpi korjaus.”
Tekniikka voi mahdollistaa myös hauraiden molekyylien, kuten kasvutekijöiden, tulostamisen telineisiin. Tutkijat tutkivat nyt keinoja hallita paremmin erikokoisten urien luomista, jotta tekniikkaa voitaisiin käyttää hyvin ohuista materiaaleista valmistetuissa telineissä tai tehdä tarvittaessa syvempiä uria.