Een nieuw geautomatiseerd proces drukt een op peptiden gebaseerde hydrogelsteiger af die uniform verdeelde cellen bevat. De steigers houden hun vorm goed vast en vergemakkelijken met succes celgroei die weken aanhoudt.

'Bioprinting' - 3D-printen met levende cellen - kan een revolutie teweegbrengen in weefseltechnologie en regeneratieve geneeskunde. Wetenschappers hebben geëxperimenteerd met natuurlijke en synthetische 'bioinks' om steigers af te drukken die cellen op hun plaats houden terwijl ze groeien en een weefsel met een specifieke vorm vormen. Maar er zijn uitdagingen met celoverleving. Natuurlijke bio-inkten, zoals gelatine en collageen, moeten worden behandeld met chemicaliën of ultraviolet licht om hun vorm te behouden, wat de levensvatbaarheid van de cellen beïnvloedt. De tot nu toe geteste synthetische polymeerhydrogels vereisen ook het gebruik van agressieve chemicaliën en omstandigheden die de overleving van de cel bedreigen.

KAUST-bio-ingenieur Charlotte Hauser leidde een team van onderzoekers om een ​​bioprintproces te ontwikkelen dat ultrakorte peptiden gebruikt als basis voor de steigerinkt. Ze ontwierpen drie peptiden met verschillende combinaties van de aminozuren isoleucine, lysine, fenylalanine en cyclohexylalanine.

Voor het daadwerkelijke afdrukken, het team gebruikte een nieuw drievoudig inlaatmondstuk. De peptide bioink gaat in één inlaat, een bufferoplossing gaat in een andere, en cellen worden toegevoegd via een derde. Hierdoor kan de peptide-inkt zich geleidelijk mengen met de bufferoplossing en vervolgens combineren met de cellen bij de uitlaat van het mondstuk. Zodra de inkt is uitgeworpen, het stolt onmiddellijk, het vastleggen van de cellen in zijn structuur.

"Het is een uitdaging om een ​​celvriendelijk biomateriaal te vinden dat celoverleving op lange termijn ondersteunt en dat ook kan worden afgedrukt, ", zegt promovendus Hepi Hari Susapto. "Onze bio-inkten gemaakt van zelfassemblerende ultrakorte peptide-hydrogels pakken deze uitdaging efficiënt aan."

Het team was in staat om cilinders tot vier centimeter hoog te printen, zoals in de afbeelding hierboven, en een mensachtige neus, die allemaal hun vorm goed vasthielden.

Menselijke fibroblasten, menselijke mesenchymale stamcellen uit het beenmerg en neuronen van muizenhersenen overleefden en prolifereerden goed binnen de hydrogelmatrix. De wetenschappers zorgden er verder voor dat mesenchymale stamcellen van het beenmerg binnen een periode van vier weken in een geprinte steiger differentiëren tot elastisch kraakbeenachtig weefsel.

Het team werkt nu aan het veranderen van de oppervlaktechemie van hun bioinkten, zodat ze meer lijken op de celomgeving in het menselijk lichaam.

"Onze volgende stap is het bioprinten van 3D-ziektemodellen en miniatuurorganen voor high-throughput drugscreening en diagnose, ", zegt Hauser. "Deze kunnen helpen de tijd en kosten van het zoeken naar effectievere en gepersonaliseerde medicijnen te verminderen."