Исследователи буквально вырезают канавки в пластиковых нитях, из которых строятся каркасы. Затем бороздки засеваются клетками или другими биологически активными веществами, которые стимулируют рост новой ткани.
Стратегия защищает клетки от тепла и напряжения сдвига, которые, вероятно, убьют их в других процессах изготовления каркаса. Он также обеспечивает способ наслоения клеток, которые в конечном итоге становятся различными типами тканей, такими как кость и хрящ, на механически стабильной платформе.
Прелесть этого заключается в том, что 3D-принтер вырезает канавки в термопласте, вставляет клетки при нужной температуре и создает трехмерный имплант на основе медицинских изображений за один процесс.
Исследование – тема статьи в Bioprinting.
По словам Микоса, в отличие от поддерживающих клетки гидрогелевых каркасов, разрабатываемых в Rice и других местах, этот процесс создает твердые имплантаты, которые будут вставлены хирургическим путем для заживления костей, хрящей или мышц. Подобно гидрогелям, биосовместимые имплантаты со временем разрушаются и оставляют только естественные ткани.
«Основным нововведением здесь является наша способность пространственно загружать каркас, напечатанный на 3D-принтере, с различными популяциями клеток и с разными биоактивными молекулами», – сказал Микос.
По его словам, до сих пор на каркасы, напечатанные на 3D-принтере, обычно было равномерное распределение клеток. "Если бы мы хотели, чтобы разные популяции клеток в разных точках каркаса, мы не смогли бы этого сделать. Теперь мы можем."
«Волокна представляют собой цилиндры, которые мы гравируем иглой, чтобы придать им бороздку во время печати», – сказала ученый-исследователь Райс Марьям Элизондо, соавтор статьи с выпускником Луисом Диас-Гомесом.
После того, как канавка установлена и достаточно остынет, принтер наносит чернила с клетчаткой. "Мы делаем это для каждого волокна для каждого слоя каркаса."
Элизондо сравнил рифленые нити шириной около 800 микрон с оболочками тако, которые удерживают содержимое внутри, не проливаясь; здесь канавки и сшивающие агенты, активируемые ультрафиолетом, удерживают клеточные чернила внутри.
Она сказала, что для полной печати имплантата размером с миниатюру требуется около получаса.
Микос сказал, что каркас не ограничивается клетками. «Мы также можем загружать разные факторы роста на разных уровнях», – сказал он. «Очень высокие температуры деактивируют их, но здесь мы можем отложить микрочастицы, содержащие фактор роста, внутри канавок, когда они остынут. Это сохранит биоактивность молекулы.
«Это большой успех для Центра инженерных сложных тканей», – сказал он о совместной работе нескольких университетов, которую он помог создать. «Это была цель, когда мы строили центр: разработать передовые материалы с уникальными свойствами, которые можно было бы использовать в тканевой инженерии, удовлетворяющей неудовлетворенные клинические потребности. И это прекрасный пример."