Gel medvirkende til 3-D bioprinting af biologiske væv

Den endelige skabelse af udskiftning af biologiske dele kræver fuldt ud tredimensionelle kapaciteter, som todimensionel og tredimensionel tyndfilm bioprint ikke kan levere. Nu, ved hjælp af en yield stress gel, Penn State ingeniører kan placere bittesmå aggregater af celler præcis, hvor de ønsker at bygge de komplekse former, der vil være nødvendige for at erstatte knogle, brusk og andet væv.

"Grunden til, at dette er vigtigt, er, at de nuværende celleaggregatbioprintningsteknikker ikke kan lave komplicerede konfigurationer og for det meste er i 2-D og 3-D tynde film eller simple konfigurationer, " sagde Ibrahim T. Ozbolat, Hartz Family Career Development Lektor i ingeniørvidenskab og mekanik. "Hvis vi vil have kompliceret 3D, vi har brug for et støttende felt."

Det støttende felt, forskerne rapporterer i dag (16. okt.) i Kommunikationsfysik er en yield stress gel. Yield stress geler er usædvanlige, idet de uden stress er faste geler, men under stress, de bliver flydende.

Forskerne bruger et aspirationsassisteret bioprintsystem, som de demonstrerede tidligere i år til at opsamle aggregater af celler og placere dem præcist inde i gelen. Spændingen fra aspirationsdysen mod gelen gør den flydende, men når først aspirationsdysen frigiver celleaggregater og trækker sig tilbage, gelen bliver fast igen, selvhelbredende. De små kugler af celler hviler på hinanden og samler sig selv, skabe en fast vævsprøve i gelen.

Forskerne kan placere forskellige typer celler, i små aggregater, sammen for at danne den ønskede form med den ønskede funktion. Geometriske former som bruskringene, der understøtter luftrøret, kunne suspenderes i gelen.

"Vi prøvede to forskellige typer geler, men den første var lidt svær at fjerne, " sagde Ozbolat. "Vi var nødt til at gøre det gennem vask. Til den anden gel, vi brugte et enzym, der gjorde gelen flydende og fjernede den nemt."

"Det, vi laver, er meget vigtigt, fordi vi forsøger at genskabe naturen, " sagde Dishary Banerjee, postdoc i ingeniørvidenskab og mekanik. "I denne teknologi er det meget vigtigt at være i stand til at lave fri form, komplekse former fra sfæroider."

Forskerne brugte en række forskellige tilgange, skabe teoretiske modeller for at få en fysisk forståelse af, hvad der skete. De brugte derefter eksperimenter til at teste, om denne metode kunne producere komplekse former.