Biodruk wolumetryczny, czyli wydruki z żywymi komórkami w ciągu sekund

Biodruk wolumetryczny, czyli wydruki z żywymi komórkami w ciągu sekund

Kiedy kilka miesięcy temu naukowcy z Univeristy of California i Lawrence Livermore National Laboratory przedstawiali Replicatora pracującego w stworzonej przez nich technologii CAL – Computed Axial Lithography – w pracy naukowej opisującej nową metodę wśród potencjalnych zastosowań dla niej wymieniona została branża medyczna. Nie trzeba było długo czekać, by pojawiły się pierwsze próby zaadoptowania druku wolumetrycznego w biodruku 3D.

Tym razem zespół naukowców z Uniwersyteckiego Centrum Medycznego w Utrechcie i Politechniki Federalnej w Lozannie  w swojej opublikowanej w Advanced Materials pracy przedstawia pierwsze próby zastosowania druku wolumetrycznego w pracy z tkankami. Wolumetryczny biodruk 3D swoje działanie opiera o takie same mechanizmy, jak CAL: cylinder zawierający utwardzalny światłem biokompatybilny polimer i żywe komórki jest obracany i oświetlany sekwencyjnie zmieniającym się światłem z umieszczonego obok projektora. Naukowcy metodę tę porównali do „odwróconej” tomografii komputerowej. Oznacza to odejście od standardowego, znanego nam biodruku ze scaffoldami i tuszami zawierającymi komórki. Druk wolumetryczny pozwala na wytwarzanie całych obiektów na raz, zamiast – jak w przypadku wszystkich dotychczas stosowanych metod – powolnego dodawania kolejnych warstw. Oznacza to, że skomplikowane geometrycznie modele powstają w ciągu sekund bez konieczności używania podpór, a ich powierzchnia jest pozbawiona schodków i artefaktów. Metoda jest łatwy sposób skalowalna, ponieważ czas druku nie zależy od rozmiaru modelu.

W jednym z przeprowadzonych eksperymentów używając opartej na hydrożelu biożywicy i źródła emitującego światło o długości fali 405 nm zespół był w stanie wydrukować w 3D model ludzkiej małżowiny usznej w trzech rozmiarach (o objętości 0,15, 1,23 i 4,14 cm3, czas druku w przypadku każdej z nich wyniósł 22,7 s) i działającej zastawki kulkowej. Porównali również powierzchnię wydruków małżowiny usznej powstałych w innych technologiach. Hydrożelowe wydruki bez artefaktów i podpór, zdolne do zmiany objętości pod wpływem pH, temperatury i osmolarności, mogą stanowić kolejny krok w druku 4D drobnych urządzeń.

Kolejny opisany eksperyment dotyczył samych komórek, a konkretniej – ich zdolności do przeżycia w utwardzanym materiale. Wydrukowany obiekt o geometrii zbliżonej do kości beleczkowatej z mezenchymalnymi komórkami macierzystymi ponownie udowodnił zdolność druku wolumetrycznego do wytwarzania kształtów niemożliwych do wydrukowania innymi metodami, ponadto po uprzedniej inkubacji wydruku naukowcy osiągnęli żywotność komórek na poziomie przekraczającym 85%, a ich rozmieszczenie potwierdziło, że nie ulegają sedymentacji. Komórki z kolejnego wydruku, tym razem imitującego chrząstkę, po inkubacji były zdolne do wytwarzania macierzy pozakomórkowej, w której skład wchodziły glikozaminoglikany i kolagen.

Zespół jest bardzo optymistyczny i technologię druku wolumetrycznego uważa za niemały przełom, zdolny zrewolucjonizować między innymi druk 4D i medycynę regeneracyjną. Kolejnym krokiem w badaniach, według naukowców, powinny być próby druku 3D z wielu materiałów w celu odtworzenia architektury tkanek i ich unaczynienia.

Źródło: Bernal, P. N., Delrot, P., Loterie, D., Li, Y., Malda, J., Moser, C., Levato, R., Volumetric Bioprinting of Complex Living‐Tissue Constructs within Seconds. Adv. Mater. 2019, 1904209

KOMENTARZE

Przetwarzamy dane osobowe użytkowników witryny, zobacz szczegóły...

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close