3D-биопечать с использованием новой фотографии

npj Регенеративная медицина, том 8, Номер статьи: 18 (2023 г.) Цитировать эту статью

2371 Доступов

4 Альтметрика

Подробности о метриках

Трехмерная (3D) биопечать — высокоэффективный метод изготовления клеточных конструкций в тканевой инженерии. Однако универсальность изготовления точных и сложных гидрогелей с клеточной нагрузкой ограничена из-за плохой сшивающей способности гидрогелей, содержащих клетки. Здесь мы предлагаем процесс биопечати с использованием оптического волокна (OAB) для эффективного сшивания метакрилатных гидрогелей. Выбрав подходящие условия обработки для метода фотосшивки, мы изготовили биофункциональные клеточные структуры, включая метакрилатный желатин (Gelma), коллаген и децеллюляризованный внеклеточный матрикс. Чтобы применить метод к регенерации скелетных мышц, насыщенные клетками конструкции Gelma обрабатывали с помощью функциональной насадки, имеющей топографический ориентир и процесс OAB, который мог индуцировать одноосное выравнивание C2C12 и жировых стволовых клеток человека (hASC). Наблюдались значительно более высокие степени выравнивания клеток и миогенной активности в нагруженной клетками структуре Gelma по сравнению с таковыми в клеточной конструкции, напечатанной с использованием обычного метода сшивки. Более того, регенеративный потенциал in vivo наблюдался в объемных мышечных дефектах на мышиной модели. Конструкция, содержащая hASC, значительно индуцировала большую регенерацию мышц, чем клеточная конструкция без топографических признаков. Основываясь на результатах, недавно разработанный процесс биопечати может оказаться высокоэффективным при изготовлении биофункциональных клеточных конструкций для различных применений в тканевой инженерии.

В последнее время нагруженные клетками каркасы, имитирующие естественные сложные тканевые структуры, были изготовлены с использованием различных восходящих методов, таких как процессы электрогидродинамической, микрофлюидной, фото- или мягкой литографии и трехмерной (3D) биопечати1,2,3, 4,5. Благодаря эффективным производственным возможностям, продемонстрированным многослойными методами, процесс 3D-биопечати получил широкое распространение в тканевой инженерии. В частности, были значительно изучены разнообразные применения различных биочернил6,7,8,9.

Ранее было получено много многообещающих результатов в разработке тканеинженерных скелетных мышц с улучшенными функциональными возможностями без биопринтинга10,11. Однако заметным недостатком тканеинженерных конструкций скелетных мышц без биопечати является невозможность изготовления геометрических фигур, специфичных для пациента. Чтобы решить эту проблему, следует учитывать различные параметры, включая температуру печати, пневматическое давление, скорость печати и процесс сшивания для изготовления трехмерных клеточных конструкций с соответствующей биологической активностью, такой как высокая жизнеспособность/пролиферация клеток и фенотипическая дифференциация/созревание напечатанных клеток. .

Однако процессы экструзии на основе сопел демонстрируют несколько недостатков, таких как ограниченное разрешение по размеру стойки, ограниченная плотность клеток в стойках с клетками и низкая пригодность для печати, что является результатом слабой механической природы гидрогелей с клеточной загрузкой. Несколько современных биочернил, конъюгированных с ионами, были использованы для получения клеточных конструкций; однако изготовление механически стабильных клеточно-нагруженных структур с использованием технологии 3D-печати остается проблемой, которую необходимо преодолеть в технике печати и процессе формирования биочернил8,12,13.

Недавно, чтобы преодолеть недостатки нагруженных клетками каркасов, полученных с использованием процесса 3D-печати, было предложено несколько стратегий сшивания, включая процессы фотосшивки in situ в сочетании с печатью8,14,15. Например, изготовление механически стабильных микромасштабных нитей, нагруженных клетками, требует, чтобы в процессах печати использовалась система сопел ядро/оболочка, в которой альгинатные биочернила в области оболочки немедленно сшиваются раствором хлорида кальция, который защищает метакрилатный желатин, нагруженный фотосшитыми клетками. (Гельма) в ядре16,17. Кроме того, в аналогичных исследованиях были изготовлены волокна с нагруженным клетками ядром (гельма)/оболочкой (альгинат натрия) с использованием микрофлюидного канала, в сердцевине которого находится нагруженная эндотелиальными клетками гельма18. Кроме того, был внедрен метод сшивки in situ с использованием прозрачного капиллярного коаксиального сопла, подключенного к 3D-принтеру, для получения стабильных печатных структур (микромасштабных решеток и полых трубок) независимо от вязкости биочернил8.