Obraz przedstawiający żywe komórki macierzyste, które mogą być drukowane jako bioink samodzielnie bez roztworu makromeru nośnikowego w fotoutwardzalny

Źródło: © Eben Alsberg/University of Illinois, Chicago

Żywe komórki macierzyste mogą być drukowane jako bioink do fotoutwardzalnego, samoregenerującego się i rozrzedzającego się pod wpływem ścinania medium podtrzymującego mikrożel alginianowy. Kąpiel z mikrożelem alginianowym szybko ulega samoregeneracji i tworzy stabilne podłoże, które mocno utrzymuje wydrukowane komórki macierzyste w miejscu

Naukowcy opracowali platformę, która drukuje bioink w tkankach 3D przy użyciu wspierającej zawiesiny mikrożelowych kulek alginianowych. Technika ta przezwycięża ograniczenia konwencjonalnych rusztowań drukowanych biologicznie i jest obiecująca dla inżynierii tkankowej, medycyny regeneracyjnej, badań przesiewowych leków i biologii rozwojowej.

Bioprinting rusztowaniowy, jak sama nazwa wskazuje, polega na osadzaniu komórek na tymczasowym biodegradowalnym szablonie podczas wytwarzania tkanki w laboratorium. Podejście to jest niedoskonałe; wiąże się z cytotoksycznością i zakłóconymi interakcjami komórka-komórka. Jako alternatywę, w kilku badaniach przetestowano nośniki mikrożelowe w procesie bez rusztowań.

„Wyzwaniem w tłumaczeniu podejścia bez rusztowań na bioprinting jest to, że wydrukowane komórki potrzebują czegoś, co utrzyma je w miejscu, tak aby zachowały pożądaną strukturę 3D” – mówi Daniel Alge, ekspert w dziedzinie inżynierii tkankowej na Texas A&M University w USA, który nie brał udziału w badaniu.

Podejmując wyzwanie, zespół z USA kierowany przez Ebena Alsberga z Uniwersytetu Illinois w Chicago opracował platformę, która działa bez wewnętrznego rusztowania. Grupa zademonstrowała swoją technikę, drukując kość udową wielkości szczura i ucho z chrząstki.

Obraz przedstawiający technikę wytwarzania ucha i kości udowej wielkości szczura

Źródło: © Eben Alsberg/University of Illinois, Chicago

Zespół wykorzystał tę technikę do wytworzenia ucha i kości udowej wielkości szczura

Biorąc pod uwagę złożoność struktur, cały proces drukowania jest stosunkowo prosty. Zmodyfikowana drukarka 3D umieszcza pojedyncze komórki macierzyste w kąpieli wypełnionej mikrożelami alginianu. Następnie alginat jest sieciowany poprzez wystawienie go na działanie światła ultrafioletowego, aby zabezpieczyć wydrukowaną strukturę komórkową w miejscu. Alsberg wyjaśnia, że w wannie „komórki są w stanie intensywnie kontaktować się fizycznie ze sobą oraz wydzielać, organizować, degradować i przebudowywać macierz zewnątrzkomórkową bez ingerencji interweniującego rusztowania biomateriałowego”. Ta komunikacja między komórkami jest ważna w tworzeniu tkanki i jest niezakłócona przez kąpiel w żelu alginianowym, podczas gdy rusztowanie przerywa interakcje komórka-komórka. Zespół kontroluje, w jaki sposób komórki rozwijają się w organ, dodając składniki odżywcze i czynniki wzrostu opracowane specjalnie w celu kierowania różnicowaniem się komórek. Kiedy tkanka jest już dojrzała, delikatne mieszanie oddziela gotową konstrukcję od kąpieli. Użytkownik myślący przyszłościowo może nawet chemicznie zaprojektować podporę, aby ulegała degradacji w niestandardowym tempie (w ciągu kilku dni lub kilku tygodni) i uwolnić tkankę, gdy ta skończy się rozwijać.

Alge opisuje ten proces jako elegancki i prosty: „Drukowanie jest szybkie i może być łatwo skalowane. Może to być świetne narzędzie dla rozwijającego się przemysłu biofabrykacji”.

Skalowanie procesu do drukowania konstrukcji składających się z wielu różnych typów tkanek jest czymś, co grupa uważa za wykonalne. 'Wysokiej jakości drukarki 3D z wieloma dyszami mogą pozwolić na jeszcze szybsze i bardziej skomplikowane drukowanie 3D tkanek składających się z wielu typów komórek z wyższą rozdzielczością i wiernością,’ wyjaśnia Alsberg. 'Jednym z potencjalnych wyzwań jest utrzymanie różnych fenotypów komórek w ramach tego samego konstruktu’.

Alge mówi, że w przyszłości „wyzwaniem będzie wytworzenie pustych struktur i funkcjonalnej, perfuzyjnej sieci naczyniowej, która pozostaje jedną z największych przeszkód stojących przed tą dziedziną”.

Leave a comment

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.