Naukowcy opracowują niedrogą technikę drukowania 3D, która generuje wzory cząsteczkowe w hydrożelach

QMUL, znany ze swojej pracy nad tworzeniem obiektów, które znikają dzięki zastosowaniu technologii wytwarzania dodatków, stworzył prostą, niedrogą technikę, zwaną 3DEAL, która może generować skomplikowane wzory cząsteczkowe w miękkiej materii, takie jak hydrożele, aż do głębokość i głębia centymetra oraz rozdzielczość na mikroskali.

"Ciało ludzkie składa się w dużej mierze z anizotropowych, hierarchicznych i przeważnie trójwymiarowych struktur" - powiedział profesor Alvaro Mata z Wydziału Inżynierii QMUL i Inżynieria materiałowa. "Nowe sposoby wytwarzania środowisk, w których można odtworzyć fizyczne i chemiczne cechy takich struktur, miałyby ważne implikacje w sposobie opracowania bardziej wydajnych leków lub konstruowania bardziej funkcjonalnych struktur tkanek i narządów."

Profesor Mata był główny badacz projektu, który został sfinansowany przez grant ERBN dla początkujących, a zespół opublikował niedawno wyniki swojej pracy w artykule zatytułowanym "Trójwymiarowa litografia wspomagana elektroforezą (3DEAL): druk 3D molekularny w celu stworzenia wzorców funkcjonalnych i anizotropii Hydrożele "w czasopiśmie Advanced Functional Materials; współautorami są Juan P. Aguilar, Michał Lipka, Gastón A. Primo, Edxon E. Licon-Bernal, Juan M. Fernández-Pradas, Andrij Jaroszchuk, Fernando Albericio i profesor Mata.

Streszczenie "Zdolność do łatwego generowania anizotropowych środowisk hydrożelowych wykonanych z funkcjonalnych cząsteczek o rozdzielczości mikroskali jest ekscytującą możliwością dla społeczności biomateriałów. W niniejszym badaniu opublikowano nowatorską platformę 3D z elektroforezą wspomaganą litografią (3DEAL), która łączy elementy z proteomiki, biotechnologii i mikromaryzacji w celu drukowania dobrze zdefiniowanych trójwymiarowych wzorów cząsteczkowych w hydrożelach. Potencjał platformy 3DEAL ocenia się przez wzorcowanie immunoglobuliny G, fibronektyny i elastyny ​​w dziewięciu szeroko stosowanych hydrożelach i charakteryzowanie głębokości, rozdzielczości i współczynnika kształtu. Co więcej, wszechstronność tej techniki została zademonstrowana przez wytworzenie złożonych wzorów, w tym równoległych i prostopadłych kolumn, zakrzywionych linii, gradientów składu cząsteczkowego i wzorów wielu białek o rozmiarach i głębokości od dziesiątek mikrometrów do centymetrów. Funkcjonalność drukowanych cząsteczek ocenia się przez hodowlę komórek NIH-3T3 na hydrożelu z poliakryloamidu z kolagenem fibronektynowym i selektywnie wspiera się wzrost komórek. 3DEAL jest prostym, dostępnym i wszechstronnym wzorcem hydrożelowymplatforma oparta na kontrolowanym drukowaniu molekularnym, która może umożliwić rozwój przestrajalnych, chemicznie anizotropowych i hierarchicznych środowisk 3D. "

Elektroforeza odnosi się do ruchu naładowanych cząstek, w płynie lub żelu, pod wpływem pole elektryczne, i był wcześniej używany w połączeniu z technologią druku 3D. Technika 3DEAL firmy QMUL umożliwia tworzenie trójwymiarowych środowisk hydrożelowych, co QMUL określa jako "przestrzenną kontrolę składu chemicznego".

Daje to szansę odtworzenia rzeczywistych scenariuszy biologicznych, takich jak wzory 3D i molekularne gradienty, które mogą mieć zastosowanie w budowaniu złożonych konstruktów inżynierii tkankowej i projektowaniu nowych platform przesiewowych leków.

"Główną zaletą tej techniki jest jej solidność i opłacalność" - wyjaśnił Primo, doktorant w QMUL. "Jest prosty i można go stosować z różnymi rodzajami łatwo dostępnych hydrożelów i być wzorowany na różnych typach cząsteczek."

Najważniejsze cechy konstrukcyjne techniki 3DEAL to pole elektryczne i porowata maska, która porusza i lokalizuje różne rodzaje cząsteczek wewnątrz hydrożelu przy rozdzielczości mikroskali, w dużych objętościach.

"Wytwarzanie biomimetycznych i anizotropowych hydrożeli wykazujących zależną od kierunku strukturę i właściwości cieszy się dużym zainteresowaniem społeczności naukowej", powiedział Dietmar Hutmacher, ekspert w dziedzinie medycyny regeneracyjnej i inżynierii z Queensland University of Technology. "Laboratorium Mata poszerzyło zestaw narzędzi o tę innowacyjną technologię 3DEAL."

Zespół badawczy QMUL ma na celu stworzenie wariacji innowacyjnej nowej techniki 3DEAL, zarówno po to, aby umożliwić bardziej złożone wzornictwo, jak i skupić się konkretnie w sprawie modeli in vitro do badań biologicznych i zastosowań inżynierii tkankowej.