Rice University forskare Maryam Elizondo håller en 3D-printad ställning graverad med spår för avsättning av levande celler för implantation. Ställningen underlättar tillväxten av nya vävnader när den bryts ned. Genom att skydda celler i spår längs de tryckta linjerna, Risforskare designade ställningen för att möjliggöra olika lager av vävnadstyp inom en ställning. Kredit:Jeff Fitlow/Rice University
Vem har någonsin sagt att bioingenjörer inte kan komma igång? Rice University-teamet under ledning av Antonios Mikos säger något annat med sin utveckling av en groovy metod för att så sofistikerad, 3D-tryckta vävnadstekniska ställningar med levande celler för att hjälpa till att läka skador.
Forskarna skär bokstavligen spår i plasttrådar som används för att bygga ställningarna. Spåren sås sedan med celler eller andra bioaktiva medel som uppmuntrar tillväxten av ny vävnad.
Strategin skyddar celler från värme- och skjuvspänningar som sannolikt skulle döda dem i andra processer för tillverkning av ställningar. Det ger också ett sätt att lagra celler som i slutändan blir olika typer av vävnad, som ben och brosk, i en mekaniskt stabil plattform.
Det fina med det är att 3D-skrivaren skär spåren till en termoplast, sätter in cellerna vid rätt temperatur och skapar ett tredimensionellt implantat, baserat på medicinska bilder, i en enda process.
Forskningen är ämnet för en artikel i Bioprinting .
Till skillnad från cellstödjande hydrogelställningar under utveckling hos Rice och på andra håll, denna process skapar hårda implantat som skulle sättas in kirurgiskt för att läka ben, brosk eller muskler, sa Mikos. Som hydrogeler, de biokompatibla implantaten skulle brytas ned med tiden och lämna endast naturlig vävnad.
En microCT-bild visar en räfflad gänga som håller fast biobläcket med låg viskositet. De är en del av en 3D-printad ställning som utvecklats vid Rice University för att underlätta tillväxten av ny vävnad som ben och brosk. Ställningarna bryts ned med tiden för att lämna lager av naturliga vävnader på plats. Kredit:Rice Biomaterials Lab
"Den stora innovationen här är vår förmåga att rumsligt ladda en ställning som är 3-D-printad med olika cellpopulationer och med olika bioaktiva molekyler, " sa Mikos.
Tills nu, 3-D-tryckta ställningar såddes i allmänhet med enhetlig cellfördelning, han sa. "Om vi ville ha olika cellpopulationer på olika ställen i ställningen, det kunde vi inte göra. Nu kan vi."
Rice University forskare Maryam Elizondo håller en graverad bioställning 3D-utskriven för levande celler för framtida implantation. Ställningen uppmuntrar tillväxten av skiktade vävnader när den bryts ned. Kredit:Jeff Fitlow/Rice University
"Fibrerna är cylindrar som vi graverar med en nål för att ge den ett spår när det trycks, " sa Rice-forskaren Maryam Elizondo, co-lead författare av tidningen med alumn Luis Diaz-Gomez. När spåret är satt och svalnat tillräckligt, skrivaren avsätter sedan ett cellinfunderat bläck. "Vi gör det för varje fiber för varje lager av ställningen."
Elizondo jämförde de räfflade gängorna, som är cirka 800 mikron breda, till tacoskal som håller innehållet inne utan att spilla; här, tillägget av spår och ultraviolett-aktiverade tvärbindare håller cellbläcket inne. Hon sa att det tar ungefär en halvtimme att helt skriva ut ett implantat i miniatyrstorlek.
En microCT-bild visar en 3D-printad ställning med tydliga spår avsedda för avsättning av levande celler. De räfflade linjerna håller bläck avsatt under tryckprocessen. Ställningar kan göras i vilken form som helst, baserat på medicinska bilder, att fylla platsen för ett sår. Kredit:Rice Biomaterials Lab
Mikos sa att ställningen inte är begränsad till celler. "Vi kan också ladda olika tillväxtfaktorer på olika nivåer, " sade han. "Mycket höga temperaturer skulle inaktivera dem, men här kan vi deponera tillväxtfaktorbelastade mikropartiklar inuti spåren när de svalnar. Det skulle bevara molekylens bioaktivitet.
"Detta är en stor framgång för Center for Engineering Complex Tissues, " sa han om det multiuniversitetssamarbete han hjälpte till att skapa. "Det var målet när vi byggde centret:att utveckla avancerade material med unika egenskaper som kan användas för vävnadstekniska tillämpningar som adresserar otillfredsställda kliniska behov. Och det här är ett perfekt exempel."
