En bild som visar levande stamceller som kan skrivas ut som en bioink av sig själva utan en bärande makromerlösning i en fotohärdbar

Källa: Foto: © Eben Alsberg/University of Illinois, Chicago

Livande stamceller kan skrivas ut som en biotryck i ett fotohärdbart, självläkande och skjuvtunnande alginatmikrogelstödmedium. Alginatmikrogelbadet självläker snabbt och bildar ett stabilt medium som stadigt håller de utskrivna stamcellerna på plats

Vetenskapsmännen har utvecklat en plattform som skriver ut biotryck i 3D-vävnader med hjälp av en stödjande uppslamning av alginatmikrogelpärlor. Tekniken övervinner begränsningarna hos konventionella bioprinted scaffolds och är lovande för vävnadsteknik, regenerativ medicin, läkemedelsscreening och utvecklingsbiologi.

Bioprinting av ställningar innebär, som namnet antyder, att celler deponeras på en tillfällig biologiskt nedbrytbar mall när man tillverkar vävnad i laboratoriet. Metoden är ofullkomlig; den är förknippad med cytotoxicitet och avbrutna cell-cellinteraktioner. Som ett alternativ har ett fåtal studier testat mikrogelstöd i en process utan ställningar.

”Utmaningen med att översätta en ställningsfri metod till bioprinting är att de utskrivna cellerna behöver något som håller dem på plats så att de bibehåller den önskade 3D-strukturen”, säger Daniel Alge, expert på området vävnadsteknik vid Texas A&M University i USA, som inte var inblandad i studien.

Ett amerikanskt team under ledning av Eben Alsberg från University of Illinois i Chicago har tagit sig an utmaningen och utvecklat en plattform som fungerar utan en inre ställning. Gruppen demonstrerade sin teknik genom att skriva ut ett lårben i råttstorlek och ett öron av brosk.

En bild som visar tekniken för att göra ett öra och ett lårben i råttstorlek

Källa: © Eben Alsberg/University of Illinois, Chicago

Gruppen använde tekniken för att göra ett öra och ett lårben i råttstorlek

Med tanke på strukturernas komplexitet är hela utskriftsprocessen relativt okomplicerad. En modifierad 3D-skrivare deponerar enskilda stamceller i ett alginatmikrogelfyllt bad. Alginatet tvärbinds sedan genom att exponeras för ultraviolett ljus för att fästa den utskrivna cellstrukturen på plats. Alsberg förklarar att i badet ”kan cellerna ha omfattande fysisk kontakt med varandra och utsöndra, organisera, bryta ned och ombilda den extracellulära matrisen utan inblandning av en biomaterialställning”. Denna cellkommunikation är viktig för att bilda vävnad och hindras inte av alginatgelbadet, medan en ställning avbryter cell-cellinteraktionerna. Teamet kontrollerar hur cellerna utvecklas till ett organ genom att tillsätta näringsämnen och tillväxtfaktorer som är särskilt utformade för att styra celldifferentieringen. När vävnaden är mogen separeras den färdiga konstruktionen från badet genom försiktig omrörning. En framsynt användare kan till och med kemiskt konstruera stödet så att det bryts ned i en anpassad takt (inom några dagar eller flera veckor) och släpper vävnaden när den slutar utvecklas.

Alge beskriver processen som elegant och enkel: ”Utskriften är snabb och kan lätt skalas upp. Det skulle kunna vara ett utmärkt verktyg för den spirande biofabriceringsindustrin”.

Att skala upp processen till att skriva ut konstruktioner som består av flera olika vävnadstyper är något som gruppen anser vara genomförbart. Högkvalitativa 3D-skrivare med flera munstycken kan möjliggöra ännu snabbare och mer komplicerad 3D-utskrift av vävnader som består av flera celltyper med högre upplösning och trovärdighet, förklarar Alsberg. ”En potentiell utmaning är att upprätthålla olika cellfenotyper inom samma konstruktion.

Alge säger att i framtiden kommer ”utmaningen att vara att producera ihåliga strukturer och ett funktionellt, perfusibelt kärlnätverk, vilket fortfarande är ett av de största hindren på området”.

Lämna en kommentar

Din e-postadress kommer inte publiceras.