Nowa technika wielkoformatowego drukowania biogramów pozwala na zaawansowane kompleksowe drukowanie trójwymiarowych tkanek

Badanie zakończone współpracą naukowców z UCLA, Brighama i Women's Hospital oraz Harvard Medical School, Uniwersytetu w Santiago de Compostela, UC San Diego i Sharif University of Technology wprowadza coś nowego do bioprogramowania 3D - zdolność do drukuj z wieloma materiałami.

Bioengineer Ali Khademhosseini, Levi James Knight, Jr. Profesor inżynierii w Samueli School of Engineering uniwersytetu i jego współpracownicy stworzyli metodę, która automatycznie buduje biomateriały terapeutyczne z kilku materiałów. Technika ta wykorzystuje specjalnie dostosowaną drukarkę 3D, która może wspomóc rozwój medycyny regeneracyjnej, umożliwiając drukowanie złożonych tkanek 3D na żądanie.

"Tkanki są cudownie skomplikowanymi strukturami, więc do projektowania sztucznych wersji te, które działają poprawnie, musimy odtworzyć ich złożoność. Nasze nowe podejście oferuje sposób budowania złożonych biokompatybilnych struktur wykonanych z różnych materiałów "- powiedział Khademhosseini, który ma także wydziały na wydziale inżynierii bioinżynieryjnej, chemicznej i biomolekularnej, a także w Szkole Medycznej Davida Geffena

badanie, zatytułowane "Wielomateriałowy bezmasowy stolitolitograficzny bioprinting z mikroflorydą", zostało sfinansowane przez Office of Naval Research i National Institutes of Health, a ostatnio opublikowane w Advanced Materials.

Streszczenie brzmi: "Oparte na stereolitografii Platforma do bioprintingu do wielomateriałowej produkcji heterogenicznych konstrukcji hydrożelowych. Dynamiczne wzorcowanie za pomocą cyfrowego urządzenia mikromacierzowego, zsynchronizowanego z ruchomym stopniem i urządzeniem mikroprzepływowym zawierającym cztery wł / wył zawory pneumatyczne, służy do tworzenia konstrukcji 3D. Nowe urządzenie mikroprzepływowe jest zdolne do szybkiego przełączania się pomiędzy różnymi (naładowanymi komórkami) bioinkami hydrożelowymi, aby uzyskać wielowarstwowy biocząstek warstwa po warstwie. W porównaniu z tradycyjnymi bioprintami opartymi na stereolitografii, system zapewnia unikalną przewagę możliwości wytwarzania wielomateriałowego przy wysokiej rozdzielczości przestrzennej. Aby wykazać wielomateriałową pojemność tego układu, generowane są różne konstrukty hydrożelowe, w tym oparte na diakryle glikolu poli (glikolu etylenowego) (PEGDA) i żelatynowe metakryloilowe (GelMA). Biokompatybilność tego systemu jest walidowana poprzez wprowadzenie obciążonej komórkami GelMA do urządzenia mikroprzepływowego i wytworzenie komórkowych konstruktów komórkowych. Wzór ramki PEGDA itrzy różne stężenia GelMA, obciążone czynnikiem wzrostu śródbłonka naczyń, są następnie oceniane pod kątem potencjału neowaskularyzacji w modelu szczurzym. Proponowany system stanowi solidną platformę do bioprintingu wysoce wiernych wielomateriałowych mikrostruktur na żądanie do zastosowań w inżynierii tkankowej, medycynie regeneracyjnej i bioczujnikach, które w innym przypadku nie są łatwo osiągalne z dużą szybkością przy użyciu konwencjonalnych platform do biofabrykacji stereolitograficznej. " < P> Khademhosseini, także dyrektor Centrum Minimalnie Inwazyjnego Leczenia i współpracownik dyrektora California NanoSystems Institute, zaprojektował dostosowaną drukarkę 3D, którą nowa technika stereolitograficzna zespołu wykorzystuje do drukowania trójwymiarowych rusztowań tkankowych z różnych hydrożeli. Bioprinter ma dwa ważne komponenty: zbudowany na zamówienie chip mikroprzepływowy, który ma wiele wlotów, z których każdy drukuje inny materiał, oraz cyfrowy mikrometr, który jest zestawem ponad miliona niezależnych lusterek.

Mikromirgi służą do kierowania światła na powierzchnię druku, która oświetla kontur drukowanego obiektu 3D i wyzwala wiązania molekularne, które powodują uformowanie się materiałów w bryłę. Podczas drukowania 3D unikalny układ lustra wskazuje kształt kolejnych nowych warstw poprzez zmianę wzorca światła.

Najpierw naukowcy skupili się na tworzeniu prostych kształtów, takich jak piramidy, ale wkrótce przenieśli się do złożonych struktur 3D które naśladowały tkanki łącznej mięśni szkieletu i części tkanki mięśniowej. Mają także wydrukowane kształty 3D, które mogą być ostatecznie wykorzystane jako modele biologiczne do badania raka, ponieważ naśladują nowotwory w sieci naczyń krwionośnych. Te wydrukowane struktury 3D z powodzeniem zostały wszczepione szczurom i nie zostały odrzucone.

Innowacyjna technika bioprintingu opracowana przez zespół jest znaczącym postępem w porównaniu z konwencjonalnym biopoligraficznym stereolitografią, który wykorzystuje tylko jeden rodzaj materiału, ponieważ jest to pierwszy używać wielu materiałów do zautomatyzowanego bioprintingu stereolitograficznego. Bioprinter demonstracyjny wykorzystał cztery typy bioinksów, ale według naukowców proces ten jest w stanie "obsłużyć tyle atramentów, ile potrzeba".

Autorami artykułu są pierwszy autor Amir K. Miri , Daniel Nieto, Luis Iglesias, Hossein Goodarzi Hosseinabadi, Sushila Maharjan, Guillermo U. Ruiz-Esparza, Parastoo Khoshakhlagh, Amir Manbachi, Mehmet Remzi Dokmeci, Shaochen Chen, SuRyon Shin, współautor autor Yu Shrike Zhang i Khademhosseini.