Ny 3-D printer kan skabe komplekse biologiske væv

Et team ledet af UCLA Samueli har udviklet en specielt tilpasset 3-D printer til at bygge terapeutiske biomaterialer fra flere materialer. Fremskridtet kunne være et skridt i retning af on-demand-udskrivning af komplekse kunstige væv til brug ved transplantationer og andre operationer.

"Væv er vidunderligt komplekse strukturer, så at konstruere kunstige versioner af dem, der fungerer korrekt, vi er nødt til at genskabe deres kompleksitet, " sagde Ali Khademhosseini, der ledede undersøgelsen og er UCLAs Levi James Knight, Jr., Professor i teknik ved UCLA Samueli School of Engineering. "Vores nye tilgang tilbyder en måde at bygge komplekse biokompatible strukturer lavet af forskellige materialer."

Undersøgelsen blev offentliggjort i Avancerede materialer .

Teknikken bruger en lysbaseret proces kaldet stereolitografi, og den drager fordel af en tilpasset 3-D-printer designet af Khademhosseini, der har to nøglekomponenter. Den første er en specialbygget mikrofluidisk chip - en lille, flad platform, der i størrelse ligner en computerchip - med flere indgange, der hver "printer" et andet materiale. Den anden komponent er et digitalt mikrospejl, en række af mere end en million små spejle, der hver bevæger sig uafhængigt.

Forskerne brugte forskellige typer hydrogeler - materialer, der, efter at have passeret printeren, danner stilladser, som væv kan vokse ind i. Mikrospejlene retter lys mod trykfladen, og de oplyste områder angiver omridset af det 3D-objekt, der udskrives. Lyset udløser også dannelse af molekylære bindinger i materialerne, hvilket får gelerne til at stivne til fast materiale. Når 3D-objektet udskrives, spejlarrayet ændrer lysmønsteret for at angive formen på hvert nyt lag.

Processen er den første til at bruge flere materialer til automatiseret stereolitografisk bioprint - et fremskridt i forhold til konventionel stereolitografisk bioprint, som kun bruger én type materiale. Mens demonstrationsenheden brugte fire typer bioblæk, undersøgelsens forfattere skriver, at processen kunne rumme så mange blæk, som det er nødvendigt.

Forskerne brugte først processen til at lave simple former, såsom pyramider. Derefter, de lavede komplekse 3-D strukturer, der efterlignede dele af muskelvæv og muskel-skelet bindevæv. De trykte også former, der efterlignede tumorer med netværk af blodkar, som kunne bruges som biologiske modeller til at studere kræftformer. De testede de trykte strukturer ved at implantere dem i rotter. Strukturerne blev ikke afvist.