Wie heeft ooit gezegd dat bio-ingenieurs hun draai niet kunnen vinden? Het Rice University-team onder leiding van Antonios Mikos zegt iets anders met de ontwikkeling van een groovy methode om geavanceerde, 3D-geprinte weefselengineeringsteigers met levende cellen om verwondingen te helpen genezen.

De onderzoekers snijden letterlijk groeven in plastic draden die worden gebruikt om de steigers te bouwen. De groeven worden vervolgens bezaaid met cellen of andere bioactieve middelen die de groei van nieuw weefsel stimuleren.

De strategie beschermt cellen tegen de hitte en schuifspanningen die hen waarschijnlijk zouden doden in andere steigerfabricageprocessen. Het biedt ook een manier om cellen in lagen te leggen die uiteindelijk verschillende soorten weefsel worden, zoals bot en kraakbeen, in een mechanisch stabiel platform.

Het mooie is dat de 3D-printer de groeven uitsnijdt tot een thermoplast, plaatst de cellen op de juiste temperatuur en creëert een driedimensionaal implantaat, op basis van medische beelden, in één proces.

Het onderzoek is het onderwerp van een paper in Bioprinting .

In tegenstelling tot celondersteunende hydrogel-steigers die in ontwikkeling zijn bij Rice en elders, dit proces creëert harde implantaten die operatief worden ingebracht om bot te genezen, kraakbeen of spieren, zei Mikos. Zoals hydrogels, de biocompatibele implantaten zouden na verloop van tijd degraderen en alleen natuurlijk weefsel achterlaten.

"De belangrijkste innovatie hier is ons vermogen om ruimtelijk een steiger te laden die 3D-geprint is met verschillende celpopulaties en met verschillende bioactieve moleculen, ' zei Mikos.

Tot nu, 3D-geprinte steigers werden over het algemeen gezaaid met uniforme verdelingen van cellen, hij zei. "Als we verschillende celpopulaties op verschillende punten in de steiger wilden, dat konden wij niet. Nu kunnen we."

"De vezels zijn cilinders die we met een naald graveren om het een groef te geven tijdens het printen, " zei Rice-onderzoeker Maryam Elizondo, co-hoofdauteur van het artikel met alumnus Luis Diaz-Gomez. Zodra de groef net genoeg is ingesteld en afgekoeld, de printer deponeert vervolgens een met cellen doordrenkte inkt. "Dat doen we voor elke vezel voor elke laag van de steiger."

Elizondo vergeleek de gegroefde draden, die ongeveer 800 micron breed zijn, tot tacoschelpen die de inhoud binnenhouden zonder te morsen; hier, de toevoeging van groeven en door ultraviolet geactiveerde crosslinkers houden de celinkt binnen. Ze zei dat het ongeveer een half uur duurt om een ​​implantaat ter grootte van een duimnagel volledig af te drukken.

Mikos zei dat de steiger niet beperkt is tot cellen. "We kunnen ook verschillende groeifactoren op verschillende niveaus laden, "zei hij. "Zeer hoge temperaturen zouden ze deactiveren, maar hier kunnen we met groeifactor geladen microdeeltjes in de groeven deponeren terwijl ze afkoelen. Dat zou de biologische activiteit van het molecuul behouden.

"Dit is een groot succes voor het Center for Engineering Complex Tissues, " zei hij over het multi-universitaire samenwerkingsverband dat hij heeft helpen opzetten. "Dat was het doel toen we het centrum bouwden:geavanceerde materialen ontwikkelen met unieke eigenschappen die kunnen worden gebruikt voor tissue engineering-toepassingen die voldoen aan onvervulde klinische behoeften. En dit is een perfect voorbeeld."