Thomas E. Angelini, Ph.D., Docent vid Institutionen för mekanisk och rymdteknik vid University of Florida och hans forskargrupp, Soft Matter Engineering-labbet har framgångsrikt tillverkat levande mikrostrålar från glioblastomceller och extracellulärt material (ECM) inbäddat i ett packat mikrogelstödmedium. De karakteriserade därefter strålarnas fysiska egenskaper och jämförde deras resultat med traditionella maskintekniska modeller. Till deras förvåning, dessa mikroskopiska, ömtåliga strukturer beter sig mycket som de massiva balkarna som används i vardagliga byggnadskonstruktioner. "Vi var glada och glada över att se att våra mikrostrålar, endast 50 till 200 µm i diameter, agerade i enlighet med de mekaniska principerna för andra modeller såsom stora stålbalkar, "säger S. Tori Ellison. Ellison är en doktorand i mekanisk och rymdteknik som är mentor av Dr. Angelini och är den första författaren till det publicerade papper som härrör från denna forskning.

För att systematiskt testa variablerna som styr cell-ECM mikrostrålemekanik, forskarna varierade celltäthet, ECM -koncentration, mikrostrålediameter, och det omgivande mediets materialegenskaper. De hittade en kaskad av celldrivna beteenden, inklusive balkknäckning, upplösning, och axiell sammandragning. Genom att modifiera klassiska mekaniska teorier, de avslöjade grundläggande principer för vävnadsmikrostrålemekanik som kan generaliseras till celltyper, ECM, och stödmaterial för biotryck. "Dessa grundläggande principer kan utvidgas till andra former som ark och rör, möjliggör en komponentorienterad framtid för mekanisk design inom vävnadsteknik och biofabrikation där stabilitet och instabilitet programmeras in i vävnadsmognadsprocessen, sa Cameron Morley, medförsta författare. Morely är också doktor i Mechanical &Aerospace Engineering. student mentorad av Dr. Angelini.

Deras genombrottsupptäckt, som har betydande implikationer på 3-D biotillverkningsstrategier och design av dynamiska flercelliga sammansättningar inom regenerativ medicin, såväl som vävnadstekniska tillämpningar, publiceras i julinumret av Naturkommunikation .

Resultaten av denna forskning kommer att användas i ett spännande nytt projekt. Dr. Angelini och hans team för mjuk materia har precis börjat, som involverar utveckling av avancerade 3-D levervävnadsmodeller för läkemedelsutvecklingstillämpningar. "BioFabUSA, ett av försvarsdepartementet finansierat Manufacturing U.S. Institute, drivs av The Advanced Regenerative Manufacturing Institute (ARMI), finansierar projektet."

Enligt projektförslaget, Målet är att utveckla mikrovävnader som kan användas i kommersiella läkemedelsutvecklingsapplikationer. Målet med forskningen är att generera in vitro biotillverkade levermikrovävnader av definierade dimensioner och cellulär sammansättning, som kommer att ha höga nivåer av reproducerbarhet när det gäller metrologi, cellfunktion, och cellkänslighet för läkemedel och testföreningar.

Förslaget innehåller tre delar:

1. Ett nytt biotillverkning och 3D-odlingssystem som underlättar snabb, exakt, högupplöst 3D bio-utskrift av flera komponenter, mikrovävnadsövervakning och analys, och underhåll av mikrovävnad genom mediautbyte eller passering;
2. Kombinationer av leverceller och extracellulära material 3-D utskrivna i många olika mikrostrukturer som kommer att övervakas för svarskriterier; och
3. Avancerade automations- och tekniklösningar.

Projektet kommer att vara ett nära samarbete mellan UF och industripartners. Forskare i projektet föreställer sig att deras resultat kommer att leda till nya produkter, inklusive förpackade mikrovävnader som kan användas för att modellera human levertoxicitet av farmaceutiska föreningar i avancerad läkemedelsutveckling och testning.

Detta projekt kommer också att producera instrumenteringen, tekniker, och analyser som behövs för att bioproducera små surrogater av en mängd olika typer av vävnader i nästa fas av forskningen.

Dr Angelini sammanfattade sitt teams arbete, "Vårt laboratoriums hängivna engagemang för att bevisa de sunda grunderna för vårt biotillverkade 3D-kultursystem gör oss till en pålitlig partner att välja mellan i denna banbrytande strävan att föra ut effektiva mediciner och behandlingar på marknaden på ett säkrare, snabbare, mindre kostsamt sätt."

"Ingenjörsforskare bidrar i allt större utsträckning direkt i klinisk översättningsforskning som kan resultera i solida och omedelbara fördelar som påverkar människor och befolkningar. Det Dr. Angelini och hans studenter gjorde var exemplariskt för nya ingenjörer som kommer att förändra framtidens samhälle, " avslutade Dr. Forrest Masters, Biträdande dekanus för forskning för Herbert Wertheim College of Engineering.