Bij botweefselengineering (BTE), 3D-printen is een betrouwbare en aanpasbare methode die wordt gebruikt om botdefecten te herstellen door biomimetische weefselsteigers te produceren. In een recente studie die online is gepubliceerd op Weefseltechniek Deel A (Maria Ann Liebert, inc), Qing Li en een team van wetenschappers hebben een biomimetische vervanger ontwikkeld die het dichtst bij de natuurlijke botstructuur en samenstelling voor bottransplantatie ligt. Voor dit werk, ze gebruikten twee verschillende soorten hydroxyapatiet (HA) materialen:nanohydroxyapatiet (nHA) en gedeproteïneerd runderbot (DBB) gedispergeerd in collageen (CoL) om een ​​bio-inkt te bereiden en composieten van nHA/CoL en DBB/CoL als 3D te ontwikkelen bedrukte steigers.

De esthetische reconstructie van functioneel alveolair bot is een uitdaging na botverlies als gevolg van trauma, ontsteking en operatie. Materiaalwetenschappers kunnen tissue engineering en biomaterialen combineren om de regeneratie van alveolair bot te bevorderen; een steeds populairder thema in de regeneratieve geneeskunde. Het afgelopen decennium is er aanzienlijke vooruitgang geboekt in de 3D-printtechnologie voor op maat gemaakte reparatie van botdefecten met succesvolle klinische vertaling met behulp van metalen laserprinters. De voordelen van 3D-printen omvatten grotendeels een laag complicatierisico, korte operationele tijd en goede vormgeving tijdens de operatie. De biologisch afbreekbare eigenschappen van materialen kunnen de botregeneratie in situ sturen. Onder de beschikbare technieken, 3-D bioprinting bij lage temperatuur (LT-3DP) is optimaal voor alveolaire botreconstructie, omdat het een specifieke 3D-blauwdruk van de botdefecten van de patiënt kan genereren voor reconstructie.

Het LT-3DP-systeem kan meerdere polymeer-minerale composieten ontwikkelen met verbeterde materiaaleigenschappen. De resulterende 3D-poreuze steigers kunnen botarchitectuur nabootsen voor geleidende cel-matrix-interacties en efficiënte bloedvatgroei mogelijk maken voor geavanceerde AHO. Het in het onderzoek geselecteerde polymeermateriaal nHA is een goede kandidaat ter vervanging van natuurlijk bot, vanwege de hoge osteoconductieve activiteit. De natuurlijke DBB is een alternatief xenogeen botmateriaal, morfologisch en structureel vergelijkbaar met menselijk poreus bot. In de huidige studie, Li et al. heeft met succes een eerder vastgesteld protocol voor DBB-voorbereiding gerepliceerd. Type I collageen (CoL-1) is het meest voorkomende structurele eiwit in het menselijk lichaam en was daarom het meest geschikt om composietpolymeren te genereren in de voorgestelde experimentele opstelling voor constructies met verbeterde biomechanische eigenschappen.

Li et al. bereidde en categoriseerde de bio-inkten in drie groepen als CoL, nHA/CoL en DBB/CoL in de studie. Om de composietsteigers te engineeren, gebruikten de wetenschappers de 3D-bioplotter (EnvisionTEC, Duitsland). Na het afdrukken van de 3D-steiger, ze construeerden een rasterachtige microarchitectuur met poriebreedtes van 600 µm. De interne honingraatmicrostructuur vertegenwoordigde typische kenmerken van poreus bot. De materiaalwetenschappers testten eerst de fysische en chemische eigenschappen van de twee materiaalsteigers (nHA/CoL en DBB/CoL), gevolgd door hun biocompatibiliteit en osteogene impact op beenmergstamceldifferentiatie (humaan BMSC) tijdens cel-materiaalinteracties.

De wetenschappers gebruikten standaardmethoden voor materiaalkarakterisering, zoals röntgenfoto-elektronspectroscopie (XPS), X-ray poederdiffractie (XRD) en Fourier Transform Infrared spectroscopie (FTIR) om de consistentie van de twee composieten te begrijpen, evenals hun diversiteit ten opzichte van chemische bindingen en kristalfasen. Ze gebruikten scanning elektronenmicroscopie (SEM) om beeldvormingsresultaten te verkrijgen, die verschillende oppervlaktemorfologieën van de HA-kristallen en scaffolds vertoonden als factoren die de interne poreuze structuur van het product beïnvloeden. specifiek, de Young's modulus van de nHA/CoL-groep (7,9 ± 0,3 MPa) was hoger dan zowel de CoL-groep (3,5 ± 0,4 MPa) als de DBB/CoL-groep (4,5 ± 0,7 MPa), wat wijst op een hogere stijfheid van de nHA/CoL-composietsteigers.

Voor biofunctionalisatiestudies, Li et al. toonde aan dat de twee samengestelde steigers op gelijke wijze celproliferatie ondersteunden via immunofluorescentiekleuring. Voor deze, ze gebruikten fluorescent gelabelde antilichamen om de groei van hBMSC's op 3D-geprinte oppervlaktestructuren te kleuren en microscopisch te identificeren. Tijdens celkweek, de wetenschappers gebruikten een osteogeen inductiemedium (OM) en proliferatiemedium (PM). De kleuringsmethode met alkalische fosfatase (ALP) die wordt gebruikt om stamceldifferentiatie te bepalen, gaf de expressie van ALP in de OM-groep aan, maar niet in de PM-groep.

De wetenschappers voerden een realtime polymerasekettingreactie (RT-PCR) uit na het extraheren van totaal RNA uit de stamcellen (hBMSC's). De resultaten toonden de expressieniveaus van de osteogenese-gerelateerde genen van belang die in het onderzoek werden onderzocht. In vergelijking met de PM-groepen, de genen die verband houden met vroege en late osteogene differentiatie; Runt-gerelateerde transcriptiefactor RUNX2 , SRY-gerelateerd HMG-boxgen 9 SOX9 , osteocalcine OCN en CoL1A1 in de OM-groep significant verhoogd na 7 dagen. Op deze manier, de onderzoekers toonden osteogenese en verhoogde effecten van extracellulaire matrixvorming aan voor hBMSC's gekweekt op de bioplotted 3D-steigers om de biocompatibiliteit van het oppervlak te bevestigen.

Li et al. toonde aan dat de fysisch-chemische en biologische eigenschappen van de 3D bioprinted scaffolds die nHA/CoL of DBB/CoL bevatten, zeer geschikt waren als botvervangende materialen (BSM) in botweefselengineering (BTE). De mogelijkheid om eenvoudig aanpasbare 3D-steigers af te drukken, kan in de toekomst potentieel hebben voor translationeel onderzoek van de bank naar preklinische studies en naar de kliniek.

© 2019 Wetenschap X Netwerk