De uiteindelijke creatie van vervangende biologische onderdelen vereist volledig driedimensionale mogelijkheden die tweedimensionale en driedimensionale bioprinten met dunne film niet kunnen bieden. Nutsvoorzieningen, met behulp van een vloeispanningsgel, Penn State-ingenieurs kunnen kleine aggregaten van cellen precies daar plaatsen waar ze de complexe vormen willen bouwen die nodig zijn om bot te vervangen, kraakbeen en andere weefsels.

"De reden waarom dit belangrijk is, is dat de huidige bioprinttechnieken voor celaggregaten geen ingewikkelde configuraties kunnen maken en meestal in 2D- en 3D-dunne films of eenvoudige configuraties zijn, " zei Ibrahim T. Ozbolat, Hartz Family Career Development Associate Professor in Engineering Science and Mechanics. "Als we ingewikkelde 3D willen, we hebben een ondersteunend veld nodig."

Dat ondersteunende veld, de onderzoekers rapporteren vandaag (16 oktober) in Communicatie Fysica is een vloeispanningsgel. Opbrengstspanningsgels zijn ongebruikelijk omdat ze zonder stress vaste gels zijn, maar onder spanning ze worden vloeibaar.

De onderzoekers gebruiken een aspiratie-geassisteerd bioprintsysteem dat ze eerder dit jaar hebben gedemonstreerd om aggregaten van cellen op te pikken en ze precies in de gel te plaatsen. De spanning van het aspiratiemondstuk tegen de gel maakt het vloeibaar, maar zodra het aspiratiemondstuk celaggregaten loslaat en zich terugtrekt, de gel wordt weer vast, zelfgenezing. De kleine bolletjes cellen rusten op elkaar en vormen zichzelf, het creëren van een vast weefselmonster in de gel.

De onderzoekers kunnen verschillende soorten cellen plaatsen, in kleine aggregaten, samen om de gewenste vorm met de gewenste functie te vormen. Geometrische vormen zoals de kraakbeenringen die de luchtpijp ondersteunen, in de gel kan worden gesuspendeerd.

"We hebben twee verschillende soorten gels geprobeerd, maar de eerste was een beetje lastig te verwijderen, "zei Ozbolat. "We moesten het doen door te wassen. Voor de tweede gel, we gebruikten een enzym dat de gel vloeibaar maakte en gemakkelijk verwijderde."

"Wat we doen is erg belangrijk omdat we proberen de natuur te recreëren, " zei Dishary Banerjee, postdoctoraal onderzoeker in de ingenieurswetenschappen en mechanica. "In deze technologie is het erg belangrijk om vrije vorm, complexe vormen van sferoïden."

De onderzoekers gebruikten verschillende benaderingen, het creëren van theoretische modellen om een ​​fysiek begrip te krijgen van wat er gebeurde. Vervolgens gebruikten ze experimenten om te testen of deze methode complexe vormen kon produceren.