Gemanipuleerde weefsels en organen worden al vele jaren met wisselend succes in laboratoria gekweekt. Velen van hen hebben een steigerbenadering gebruikt waarbij cellen worden gezaaid op biologisch afbreekbare ondersteunende structuren die de onderliggende architectuur van het gewenste orgaan of weefsel verschaffen.

Maar steigers kunnen problematisch zijn - uiteindelijk, ze zouden moeten degraderen en verdwijnen, maar de timing van die ontbinding om samen te vallen met de rijping van het orgel is lastig, en soms kunnen afbraakbijproducten giftig zijn. Steigers kunnen ook interfereren met de ontwikkeling van cel-naar-cel verbindingen, die belangrijk zijn voor de vorming van functionele weefsels.

Nutsvoorzieningen, een onderzoeksteam onder leiding van Eben Alsberg, de Richard en Loan Hill hoogleraar bio-engineering en orthopedie aan de Universiteit van Illinois in Chicago, heeft een proces ontwikkeld dat 3D-printen van biologische weefsels mogelijk maakt zonder steigers met behulp van "inkt" die alleen uit stamcellen bestaat. Ze rapporteren hun resultaten in het tijdschrift Materialen Horizons .

"Ons printplatform voor alleen cellen maakt het 3D-printen van cellen mogelijk zonder een klassieke steigerondersteuning met behulp van een tijdelijk hydrogelparelbad waarin wordt geprint, ', aldus Alsberg.

Dankzij de hydrogelkralen op micronschaal kan het mondstuk van de 3D-printer er doorheen bewegen en cellen afzetten met minimale weerstand tegen die beweging van het mondstuk of het uitwerpen van de cellen. De gelparels ondersteunen de cellen terwijl ze worden geprint en houden ze op hun plaats en behouden hun vorm.

Zodra de cellen in de hydrogelkraalmatrix zijn afgedrukt, het wordt blootgesteld aan UV-licht, die de kralen met elkaar verbindt, in feite bevriezen ze op hun plaats. Hierdoor kunnen de afgedrukte cellen met elkaar worden verbonden, rijpen en groeien binnen een stabiele structuur. Het medium dat de cellen baadt, stroomt gemakkelijk door de verknoopte gelparels en kan indien nodig worden vervangen om verse voedingsstoffen te leveren en afvalproducten die door de cellen zijn gemaakt, af te voeren. De hydrogelkorrels kunnen worden verwijderd door voorzichtig te roeren, of het beheersen van hun degradatie, het intacte weefsel achterlatend.

"Het hydrogelparelbad heeft unieke eigenschappen die zowel het printen van bioinkt met alleen cellen in complexe architecturen mogelijk maken, en daaropvolgende tijdelijke stabilisatie van deze alleen-celstructuren om cel-celverbindingen mogelijk te maken, "Zei Alsberg. "Met behulp van chemie kunnen we dan regelen wanneer de kralen verdwijnen."

De cellen die het team van Alsberg gebruikte, zijn stamcellen, die kunnen differentiëren in een groot aantal andere celtypen. Ze gebruikten de stamcellen om een ​​kraakbeenoor en een "dijbeen" ter grootte van een knaagdier in 3D te printen in het bad met hydrogelparels. De cellen die ze printten, konden stabiele, cel-cel verbindingen via gespecialiseerde eiwitten.

"Voor de eerste keer, cel-only constructies kunnen worden afgedrukt in ingewikkelde vormen die zijn samengesteld uit verschillende celtypen zonder een hydrogel drager of traditionele steiger die vervolgens kan worden gestabiliseerd voor een periode van een dag tot weken. We hebben aangetoond dat celaggregaten kunnen worden georganiseerd en samengesteld met behulp van deze strategie om grotere functionele weefsels te vormen, die waardevol kunnen zijn voor weefselmanipulatie of regeneratieve geneeskunde, drugsscreening en als modellen om ontwikkelingsbiologie te bestuderen, ', aldus Alsberg.