3-D printede væv og organer uden stilladset

Konstrueret væv og organer er blevet dyrket med forskellige grader af succes i laboratorier i mange år. Mange af dem har brugt en stilladsfremgangsmåde, hvor celler sås på biologisk nedbrydelige støttestrukturer, der giver den underliggende arkitektur af det ønskede organ eller væv.

Men stilladser kan være problematiske - i sidste ende, de skulle nedbrydes og forsvinde, men timingen af, at nedbrydningen falder sammen med orgelets modning, er vanskelig, og nogle gange kan nedbrydningsbiprodukter være giftige. Stilladser kan også forstyrre udviklingen af ​​celle-til-celle forbindelser, som er vigtige for dannelsen af ​​funktionelt væv.

Nu, et forskerhold ledet af Eben Alsberg, Richard og Loan Hill professor i bioteknik og ortopædi ved University of Illinois i Chicago, har udviklet en proces, der muliggør 3-D print af biologisk væv uden stilladser ved hjælp af "blæk", der kun består af stamceller. De rapporterer deres resultater i journalen Materialer Horisonter .

"Vores celleudskrivningsplatform giver mulighed for 3-D-print af celler uden en klassisk stilladsstøtte ved hjælp af et midlertidigt hydrogelperlebad, hvori udskrivning finder sted, "Sagde Alsberg.

Hydrogelperlerne i mikronskala tillader 3-D-printerens dyse at bevæge sig igennem den og afsætte celler med minimal modstand mod den dysebevægelse eller udstødning af cellerne. Gelperlerne understøtter cellerne, mens de udskrives og holder dem på plads og bevarer deres form.

Når cellerne er trykt ind i hydrogelperlematrixen, det udsættes for UV-lys, som tværbinder perlerne sammen, faktisk fryser dem på plads. Dette lader de udskrevne celler forbinde med hinanden, modnes og vokser i en stabil struktur. De medier, der bader cellerne, flyder let gennem de tværbundne gelperler og kan ændres efter behov for at tilvejebringe friske næringsstoffer og bortskaffe affaldsstoffer fremstillet af cellerne. Hydrogelperlerne kan fjernes ved forsigtig omrøring, eller kontrollere deres nedbrydning, efterlader det intakte væv.

"Hydrogelperlebadet har unikke egenskaber, som både muliggør udskrivning af bioblæk, der kun er celle, i komplekse arkitekturer, og efterfølgende midlertidig stabilisering af disse celle-kun strukturer for at tillade celle-celle-forbindelser at danne, " sagde Alsberg. "Ved hjælp af kemi kan vi så regulere, hvornår perlerne forsvinder."

De celler, Alsbergs team brugte, er stamceller - dem, der kan differentiere til en lang række andre celletyper. De brugte stamcellerne til at 3D-printe et bruskøre og en "lårben" på størrelse med en gnaver i hydrogelperlebadet. Cellerne de udskrev var i stand til at danne stabile, celle-celle forbindelser gennem specialiserede proteiner.

"For første gang, celle-only konstruktioner kan udskrives i indviklede former, der består af forskellige celletyper uden en hydrogelbærer eller traditionel stillads, som derefter kan stabiliseres i en periode på en dag til uger. Vi har vist, at celleaggregater kan organiseres og samles ved hjælp af denne strategi til at danne større funktionelle væv, som kan være værdifuld til vævsteknik eller regenerativ medicin, lægemiddelscreening og som modeller til at studere udviklingsbiologi, sagde Alsberg.