Ett team av forskare vid Texas A&M University har utvecklat ett innovativt sätt att skriva ut behandlingar i 3D för regenerativ medicin.

3-D bioprinting växer fram som en lovande metod för att snabbt tillverka cellinnehållande konstruktioner för att designa nya, friska, funktionella vävnader. Dock, en av de stora utmaningarna inom 3-D bioprinting är bristen på kontroll över cellulära funktioner. Tillväxtfaktorer, som är en speciell klass av proteiner, kan styra cellulära öde och funktioner. Dock, dessa tillväxtfaktorer kan inte lätt inkorporeras i en 3-D-printad struktur under en längre tid.

I en nyligen genomförd studie vid Texas A&M, forskare i Dr. Akhilesh K Gaharwars labb vid Institutionen för biomedicinsk teknik formulerade ett biobläck bestående av 2-D mineralnanopartiklar för att binda och 3-D-skriva ut behandlingar på exakta platser. Deras resultat publicerades i Avancerat vårdmaterial .

Teamet har designat en ny klass av hydrogelbiobläck – 3-D-strukturer som kan absorbera och hålla kvar avsevärda mängder vatten – laddade med terapeutiska proteiner. Detta biobläck är tillverkat av en inert polymer, polyetylenglykol (PEG), och är fördelaktigt för vävnadsteknik eftersom det inte provocerar immunförsvaret. Dock, på grund av låg viskositet hos PEG-polymerlösningen, det är svårt att 3-D-printa denna typ av polymer. För att övervinna denna begränsning, teamet har funnit att kombinationen av PEG-polymerer med nanopartiklar leder till en intressant klass av biobläckhydrogeler som kan stödja celltillväxt och kan ha förbättrad tryckbarhet jämfört med polymerhydrogeler i sig.

Denna nya teknik, baserad på en nanolerplattform utvecklad av Gaharwar, assisterande professor, kan användas för exakt avsättning av proteinläkemedel. Denna biobläckformulering har unika skjuvförtunnande egenskaper som gör att materialet kan injiceras, sluta snabbt rinna och bota sedan för att stanna på plats, vilket är mycket önskvärt för 3D bioprinting-applikationer.

"Denna formulering som använder nanolera binder det terapeutiska medlet av intresse för ökad cellaktivitet och proliferation, " sa Dr Charles W. Peak, senior författare på studien. "Dessutom, den förlängda leveransen av det bioaktiva terapeutiska medlet kan förbättra cellmigration inom 3D-tryckta ställningar och kan hjälpa till med snabb vaskularisering av byggnadsställningar."

Gaharwar sa att den förlängda leveransen av läkemedlet också kan minska de totala kostnaderna genom att minska den terapeutiska koncentrationen samt minimera de negativa biverkningarna i samband med suprafysiologiska doser.

"Övergripande, denna studie ger principbevis för att skriva ut proteinterapi i 3D som kan användas för att kontrollera och styra cellfunktioner, " han sa.