Brug af kolloide nanodiske til 3D-bioprint af væv og vævsmodeller

Ekstrusionsbaseret 3D-print af biofaststoffer, eller "bioprinting", er en lovende tilgang til at generere patientspecifikke, vævskonstruerede transplantater. En stor udfordring i bioprint er imidlertid, at de fleste i øjeblikket anvendte materialer mangler den alsidighed, der skal bruges i en lang række applikationer.

Ny nanoteknologi er blevet udviklet af et team af forskere fra Texas A&M University, der udnytter kolloide interaktioner af nanopartikler til at printe komplekse geometrier, der kan efterligne væv og organstruktur. Holdet, ledet af Dr. Akhilesh Gaharwar, lektor og Presidential Impact Fellow i Institut for Biomedicinsk Teknik, har introduceret kolloide løsninger af 2D nanosilicater som en platformsteknologi til at printe komplekse strukturer.

2D nanosilicater er skiveformede uorganiske nanopartikler på 20 til 50 nanometer i diameter og 1 til 2 nanometer i tykkelse. Disse nanosilicater danner en "hus-of-kort"-struktur over en vis koncentration i vand, kendt som en kolloid opløsning.

Disse kolloide opløsninger har tiltalende egenskaber, når de studerer et materiales deformation, såsom øget viskositet og flydespænding samt forskydningsudtynding, hvor viskositeten reduceres under belastning, og tiksotrop adfærd, hvor et materiale deformeres som reaktion på påførte kræfter. Gaharwar-laboratoriet udnytter disse nanosilikaters rheologiske egenskaber til ekstruderingsbaseret 3D-print.

Resultaterne af holdets forskning blev offentliggjort i tidsskriftet Bioprinting .

Nogle store udfordringer i ekstruderingsbaseret 3D-print er manglende evne til at printe høje og komplekse strukturer, da bløde materialer flyder under tyngdekraften og ikke kan danne selvbærende strukturer. For at overvinde disse udfordringer brugte forskere kolloide nanosilicater og demonstrerede dem som en platformsteknologi til bioprint ved hjælp af tre forskellige tilgange.

I den første tilgang designet Satyam Rajput, en biomedicinsk ingeniørstuderende i Gaharwar Laboratory og hovedforfatteren af ​​papiret, en forskydningsfortyndende blæk sammensat af nanosilicater og vandopløselige polymerer såsom agarose, alginat, kappa-carrageenan, gelatine gelatinemethacryloyl, polyethylenglycol og N-isopropylacrylamid. Den trykbare blækformulering viste god formpræcision.

I den anden tilgang demonstrerede holdet brugen af ​​nanosilikater som offerblæk, et instrument designet til at fejle og blive fjernet, til at designe mikrofluidiske enheder til in vitro-sygdomsmodellering. Disse perfuserbare enheder kan bruges til forskellige applikationer til at efterligne og studere vaskulær fysiologi og væskemekanik, sygdomsmodeller, vævsorganisation og -funktion, terapeutisk vævsteknologi og 3D-cellekulturmodeller og screeningslægemidler.

I den tredje tilgang brugte forskerne en kolloid nanosilikatgel som et støttebad til 3D-print ved at ophæve overfladespændingen og gravitationskræfterne. En række komplekse strukturer såsom et togrenet kar, lårben, menisk, DNA-dobbelthelix, hjerte- og tribladeklap blev trykt inde i støttebadet.

"Alsidigheden af ​​nanosilicater kan blive bredt vedtaget inden for additiv fremstilling, vævsteknologi, lægemiddellevering og medicinsk udstyr," sagde Gaharwar. + Udforsk yderligere

Mineraler kan være nøglen til at helbrede beskadiget væv