Een afbeelding toont levende stamcellen die zelf als bioink kunnen worden geprint zonder een drager-macromeeroplossing in een fotocurable

Bron: © Eben Alsberg/University of Illinois, Chicago

Levende stamcellen kunnen als bioink worden geprint in een fotocurable, zelfhelend en afschuifdunnend alginaat microgel ondersteunend medium. Het alginaatmicrogelbad geneest snel en vormt een stabiel medium dat de gedrukte stamcellen stevig op hun plaats houdt

Wetenschappers hebben een platform ontwikkeld dat bioink in 3D-weefsels afdrukt met behulp van een ondersteunende slurry van alginaatmicrogelkorrels. De techniek overwint beperkingen van conventionele bioprinted scaffolds en houdt belofte in voor tissue engineering, regeneratieve geneeskunde, drug screening en ontwikkelingsbiologie.

Scaffold bioprinting, zoals de naam al doet vermoeden, houdt in dat cellen worden afgezet op een tijdelijk biologisch afbreekbaar sjabloon bij het fabriceren van weefsel in het lab. De aanpak is onvolmaakt; het is geassocieerd met cytotoxiciteit en onderbroken cel-cel interacties. Als alternatief hebben een paar studies microgelsteunen getest in een steigerloos proces.

‘De uitdaging bij het vertalen van een steigerloze benadering naar bioprinting is dat geprinte cellen iets nodig hebben om ze op hun plaats te houden, zodat ze de gewenste 3D-structuur behouden’, zegt Daniel Alge, een expert op het gebied van tissue engineering aan de Texas A&M University, VS, die niet betrokken was bij de studie.

Een team uit de VS onder leiding van Eben Alsberg van de University of Illinois in Chicago is de uitdaging aangegaan en heeft een platform ontwikkeld dat werkt zonder een interne steiger. De groep demonstreerde hun techniek door een dijbeen en een kraakbeenoor ter grootte van een rat te printen.

Een afbeelding die de techniek toont om een oor en een dijbeen ter grootte van een rat te maken

Bron: © Eben Alsberg/University of Illinois, Chicago

Het team gebruikte de techniek om een oor en een dijbeen ter grootte van een rat te maken

Gezien de complexiteit van de structuren is het hele printproces relatief ongecompliceerd. Een aangepaste 3D-printer deponeert individuele stamcellen in een met alginaat microgel gevuld bad. Het alginaat wordt vervolgens verknoopt, door het bloot te stellen aan ultraviolet licht, om de geprinte celstructuur op zijn plaats te houden. Alsberg legt uit dat in het bad “de cellen uitgebreid fysiek contact met elkaar kunnen maken en de extracellulaire matrix kunnen afscheiden, organiseren, afbreken en hermodelleren zonder tussenkomst van een biomateriële steiger”. Deze celcommunicatie is belangrijk bij de vorming van weefsel en wordt niet gehinderd door het alginaat-gelbad, terwijl een steiger de cel-cel-interacties onderbreekt. Het team controleert hoe de cellen zich tot een orgaan ontwikkelen door voedingsstoffen en groeifactoren toe te voegen die speciaal zijn samengesteld om de celdifferentiatie te sturen. Wanneer het weefsel volgroeid is, wordt de afgewerkte constructie door voorzichtig schudden van het bad gescheiden. Een vooruitdenkende gebruiker kan zelfs de ondersteuning chemisch engineeren om af te breken in een aangepast tempo (binnen dagen of enkele weken) en het weefsel vrij te geven wanneer het klaar is met ontwikkelen.

Alge beschrijft het proces als elegant en eenvoudig: “Printen is snel en kan gemakkelijk worden opgeschaald. Het zou een geweldig hulpmiddel kunnen zijn voor de ontluikende biofabricage-industrie.

Het opschalen van het proces naar het printen van constructies die uit meerdere verschillende weefseltypen bestaan, is iets wat de groep haalbaar acht. Hoogwaardige 3D-printers met meerdere nozzles maken het wellicht mogelijk om nog sneller en gecompliceerder 3D-printen van weefsels bestaande uit meerdere celtypen met een hogere resolutie en getrouwheid,’ legt Alsberg uit. Een mogelijke uitdaging is het behoud van verschillende celfenotypen binnen dezelfde constructie.

Alge zegt dat het in de toekomst ‘de uitdaging zal zijn om holle structuren en een functioneel, perfuseerbaar vasculair netwerk te produceren, wat een van de grootste hindernissen blijft waarmee het veld wordt geconfronteerd’.

Reageren

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.