Det slutliga skapandet av biologiska ersättningsdelar kräver helt tredimensionella möjligheter som tvådimensionell och tredimensionell tunnfilmsbiotryckning inte kan tillhandahålla. Nu, med en flytstressgel, Penn State ingenjörer kan placera små aggregat av celler exakt där de vill bygga de komplexa former som kommer att vara nödvändiga för att ersätta ben, brosk och andra vävnader.

"Anledningen till att detta är viktigt är att de nuvarande biotryckningsteknikerna för cellaggregat inte kan göra komplicerade konfigurationer och är mestadels i 2-D och 3-D tunna filmer eller enkla konfigurationer, " sa Ibrahim T. Ozbolat, Hartz Family Karriärutveckling Docent i teknikvetenskap och mekanik. "Om vi ​​vill ha komplicerad 3D, vi behöver ett stödjande fält."

Det stödjande fältet, forskarna rapporterar idag (16 okt) in Kommunikationsfysik är en flytstressgel. Yield stress geler är ovanliga eftersom de utan stress är fasta geler, men under stress, de blir flytande.

Forskarna använder ett aspirationsassisterat bioprintningssystem som de visade tidigare i år för att plocka upp aggregat av celler och placera dem exakt inuti gelén. Aspirationsmunstyckets stress mot gelén gör det flytande, men när aspirationsmunstycket släpper cellaggregat och drar sig tillbaka, gelén återgår till fast igen, självläkande. De små kulorna av celler vilar på varandra och sätter sig själva, skapa ett fast vävnadsprov i gelén.

Forskarna kan placera olika typer av celler, i små aggregat, tillsammans för att bilda den önskade formen med den önskade funktionen. Geometriska former som broskringarna som stöder luftstrupen, kan suspenderas i gelén.

"Vi provade två olika typer av geler, men den första var lite svår att ta bort, ", sa Ozbolat. "Vi var tvungna att göra det genom att tvätta. För den andra gelén, vi använde ett enzym som gjorde gelén flytande och tog bort den lätt."

"Det vi gör är väldigt viktigt eftersom vi försöker återskapa naturen, " sa Dishary Banerjee, postdoktor i ingenjörsvetenskap och mekanik. "I den här tekniken är det mycket viktigt att kunna göra fri form, komplexa former från sfäroider."

Forskarna använde en mängd olika tillvägagångssätt, skapa teoretiska modeller för att få en fysisk förståelse för vad som hände. De använde sedan experiment för att testa om denna metod kunde producera komplexa former.