Een team van onderzoekers van de Texas A&M University heeft een innovatieve manier ontwikkeld om therapieën in 3D te printen voor regeneratieve geneeskunde.

3D-bioprinting is in opkomst als een veelbelovende methode voor het snel fabriceren van celbevattende constructies voor het ontwerpen van nieuwe, gezond, functionele weefsels. Echter, een van de grootste uitdagingen bij 3D-bioprinten is het gebrek aan controle over cellulaire functies. Groeifactoren, die een speciale klasse van eiwitten zijn, kan het cellulaire lot en functies sturen. Echter, deze groeifactoren kunnen niet gemakkelijk langdurig in een 3D-geprinte structuur worden opgenomen.

In een recente studie uitgevoerd door Texas A&M, onderzoekers in het laboratorium van Dr. Akhilesh K Gaharwar bij de afdeling Biomedische Technologie formuleerden een bioinkt bestaande uit 2-D minerale nanodeeltjes om therapieën te sekwestreren en 3D-printtherapieën op precieze locaties. Hun bevindingen werden gepubliceerd in Geavanceerde materialen voor de gezondheidszorg .

Het team heeft een nieuwe klasse hydrogel-bioinks ontworpen - 3D-structuren die aanzienlijke hoeveelheden water kunnen absorberen en vasthouden - boordevol therapeutische eiwitten. Deze bioinkt is gemaakt van een inert polymeer, polyethyleenglycol (PEG), en is voordelig voor weefselmanipulatie omdat het het immuunsysteem niet provoceert. Echter, vanwege de lage viscositeit van de PEG-polymeeroplossing, het is moeilijk om dit type polymeer in 3D te printen. Om deze beperking te overwinnen, het team heeft ontdekt dat het combineren van PEG-polymeren met nanodeeltjes leidt tot een interessante klasse van bioinkt-hydrogels die celgroei kunnen ondersteunen en mogelijk een verbeterde bedrukbaarheid hebben in vergelijking met polymeerhydrogels zelf.

Deze nieuwe technologie, gebaseerd op een door Gaharwar ontwikkeld nanokleiplatform, assistent professor, kan worden gebruikt voor nauwkeurige afzetting van eiwittherapeutica. Deze bioinkt-formulering heeft unieke schuifverdunnende eigenschappen waardoor het materiaal kan worden geïnjecteerd, snel stoppen met stromen en dan genezen om op zijn plaats te blijven, wat zeer wenselijk is voor 3D-bioprinttoepassingen.

"Deze formulering met behulp van nanoklei sequestreert het therapeutische belang voor verhoogde celactiviteit en proliferatie, " zei Dr. Charles W. Peak, senior auteur van het onderzoek. "In aanvulling, de langdurige levering van het bioactieve therapeutische middel zou de celmigratie binnen 3D-geprinte steigers kunnen verbeteren en kan helpen bij een snelle vascularisatie van steigers."

Gaharwar zei dat de langdurige toediening van het therapeutische middel ook de totale kosten zou kunnen verlagen door de therapeutische concentratie te verlagen en de negatieve bijwerkingen die gepaard gaan met suprafysiologische doses te minimaliseren.

"Algemeen, deze studie levert het bewijs van het principe om eiwittherapieën in 3D af te drukken die kunnen worden gebruikt om celfuncties te controleren en te sturen, " hij zei.