Ultrakorte peptider går langt for vævsteknologi

En ny automatiseret proces udskriver et peptidbaseret hydrogel-stillads indeholdende ensartet fordelte celler. Stilladserne holder deres former godt og letter cellevækst, der varer i uger.

'Bioprinting' – 3D-print, der inkorporerer levende celler – har potentialet til at revolutionere vævsteknologi og regenerativ medicin. Forskere har eksperimenteret med naturlige og syntetiske 'bioinks' for at udskrive stilladser, der holder celler på plads, mens de vokser og danner et væv med en bestemt form. Men der er udfordringer med celleoverlevelse. Naturligt bioblæk, såsom gelatine og kollagen, skal behandles med kemikalier eller ultraviolet lys for at holde deres form, som påvirker cellens levedygtighed. De syntetiske polymerhydrogeler, der er testet til dato, kræver også brug af barske kemikalier og forhold, der truer celleoverlevelse.

KAUST bioingeniør Charlotte Hauser førte et team af forskere til at udvikle en bioprintproces, der bruger ultrakorte peptider som grundlag for stilladsblæk. De designede tre peptider ved hjælp af forskellige kombinationer af aminosyrerne isoleucin, lysin, phenylalanin og cyclohexylalanin.

Til selve trykningen, holdet brugte en ny tredobbelt indløbsdyse. Peptidbioblækket går ind i et indløb, en bufferopløsning går ind i en anden, og celler tilføjes gennem en tredje. Dette gør det muligt for peptidblækket gradvist at blandes med bufferopløsningen og derefter kombineres med cellerne ved dysens udløb. Når blækket er skudt ud, det størkner øjeblikkeligt, indfange cellerne i dens struktur.

"Det er udfordrende at finde et cellevenligt biomateriale, der understøtter langsigtet celleoverlevelse og også kan printes, " siger ph.d.-studerende Hepi Hari Susapto. "Vores bioblæk lavet af selvsamlende ultrakorte peptidhydrogeler løser effektivt denne udfordring."

Holdet var i stand til at printe cylindre op til fire centimeter høje, som på billedet ovenfor, og en menneskelignende næse, som alle holdt deres former godt.

Menneskelige fibroblaster, humane knoglemarvs mesenkymale stamceller og musehjerneneuroner overlevede og prolifererede godt i hydrogelmatrixen. Forskerne inducerede yderligere mesenkymale knoglemarvsstamceller til at differentiere inde i et trykt stillads til elastisk brusklignende væv inden for en periode på fire uger.

Holdet arbejder nu på at ændre overfladekemien af ​​deres bioblæk, så de mere ligner cellemiljøet i den menneskelige krop.

"Vores næste skridt er at bioprinte 3D-sygdomsmodeller og miniatureorganer til screening og diagnose af lægemidler med høj kapacitet, " siger Hauser. "Disse kan hjælpe med at reducere tiden og omkostningerne ved at søge efter mere effektive og personlige lægemidler."