Konstruerade vävnader och organ har odlats med olika grader av framgång i labb under många år. Många av dem har använt en byggnadsställningsmetod där celler sås på biologiskt nedbrytbara stödjande strukturer som ger den underliggande arkitekturen för det organ eller vävnad som önskas.

Men byggnadsställningar kan vara problematiska - i slutändan, de borde försämras och försvinna, men att tajma så att nedbrytningen sammanfaller med orgelns mognad är knepigt, och ibland kan nedbrytningsbiprodukter vara giftiga. Ställningar kan också störa utvecklingen av cell-till-cell-förbindelser, som är viktiga för bildandet av funktionella vävnader.

Nu, en forskargrupp ledd av Eben Alsberg, Richard och Loan Hill professor i bioteknik och ortopedi vid University of Illinois i Chicago, har utvecklat en process som möjliggör 3D-utskrift av biologiska vävnader utan byggnadsställningar med hjälp av "bläck" som enbart består av stamceller. De rapporterar sina resultat i journalen Material horisonter .

"Vår cell-only printing-plattform möjliggör 3-D-utskrift av celler utan ett klassiskt ställningsstöd med hjälp av ett tillfälligt hydrogelpärlbad där utskrift sker, sa Alsberg.

Hydrogelpärlorna i mikronskala tillåter 3-D-skrivarens munstycke att röra sig genom det och avsätta celler med minimalt motstånd mot munstycksrörelsen eller utstötningen av cellerna. Gelpärlorna stödjer cellerna när de trycks och håller dem på plats och bevarar sin form.

När cellerna har skrivits ut i hydrogelpärlmatrisen, den utsätts för UV-ljus, som tvärbinder pärlorna tillsammans, i själva verket fryser dem på plats. Detta låter de utskrivna cellerna ansluta med varandra, mogna och växa i en stabil struktur. Mediet som badar cellerna flyter lätt genom de tvärbundna gelpärlorna och kan bytas ut efter behov för att ge färska näringsämnen och göra sig av med avfallsprodukter från cellerna. Hydrogelpärlorna kan avlägsnas genom försiktig omrörning, eller kontrollera deras försämring, lämnar den intakta vävnaden bakom sig.

"Hydrogelpärlbadet har unika egenskaper som möjliggör både utskrift av biobläcket endast för cell i komplexa arkitekturer, och efterföljande temporär stabilisering av dessa endast cellstrukturer för att tillåta cell-cell-övergångar att bildas, "Med hjälp av kemi kan vi sedan reglera när pärlorna försvinner."

De celler som Alsbergs team använde är stamceller - de som kan differentiera till en mängd olika andra celltyper. De använde stamcellerna för att 3-D-printa ett brosköra och ett "lårben" i storleken av en gnagare i hydrogelpärlbadet. Cellerna de tryckte kunde bilda stabila, cell-cell-kopplingar genom specialiserade proteiner.

"För första gången, Cell-only konstruktioner kan skrivas ut i intrikata former som är uppbyggda av olika celltyper utan en hydrogelbärare eller traditionell ställning som sedan kan stabiliseras under en period av en dag till veckor. Vi har visat att cellaggregat kan organiseras och sättas ihop med denna strategi för att bilda större funktionella vävnader, som kan vara värdefulla för vävnadsteknik eller regenerativ medicin, läkemedelsscreening och som modeller för att studera utvecklingsbiologi, sa Alsberg.