Biodruk 3D ciągłym włóknem – nowe podejście do tworzenia przyrostowego chrzęści

0

Technologia biodruku 3D nadal jest na tyle nową i nieoczywistą metodą wytwarzania żywych tkanek, że dla wielu artystów staje się inspiracją – już wcześniej pisałam o tym w jaki sposób zagadnienia z zakresu biodrukowania 3D obecne są w świadomości osób niezwiązanych z ta dziedziną nauki.

Jeśli chodzi o sztukę, ta nowatorska metoda jest przede wszystkim domeną filmów sci-fi (wizja „drukowania 3D” ludzi przedstawiona została m.in. w serialu „Altered Carbon” czy filmie „Piąty element”) – jak się okazuje, niektóre z nich mają więcej wspólnego z rzeczywistością niż może nam się wydawać…

Tkanka chrzestna jest jedną z tych struktur, które często występują jako przedmiot badań nad biodrukiem 3D, m.in. dlatego, że nie jest unerwiona ani nie ma w swojej strukturze naczyń krwionośnych. Biodrukowane 3D chrzęści mogą stać się nowym rozwiązaniem, szczególnie pomocnym w leczeniu pacjentów cierpiących m.in. na przewlekłe zapalenie stawów.

Przez lata badań naukowcy ukuli standardową, ogólną procedurę biodruku 3D – komórki zatopione w hydrożelowej osnowie są nanoszone za pomocą pneumatycznego ekstudera, tworząc właściwą strukturę. Jak się jednak okazuje, nie wszyscy badacze są zgodni co do zasadności tej metody – według  Ibrahima T. Ozbolat, naukowca Uniwersytetu Pennsylvani, środowisko hydrożelowe nie jest odpowiednie dla prawidłowego wzrostu komórek chrzęstnych. Jego zdaniem hydrożel hamuje komunikację komórek pomiędzy sobą jak w środowisku organizmu, co uniemożliwia prawidłowy wzrost – dodatkowo, w niektórych przypadkach jego degradacja może prowadzić do uwalniania się składników toksycznych dla komórek.

Jak wobec tego powinno się biodrukować 3D struktury chrzęstne? Zespół Ozbolata opracował zupełnie nowy proces polegający na umieszczenie komórek chrzęstnych w formę rurki alginianowej ( o średnicy mniejszej niż milimetr), a następnie inkubacji przez okres jednego tygodnia. W tym czasie komórki łączą się w naturalny sposób tworząc włókno, będące swoistego rodzaju… filamentem. Co ciekawe, według zapewnień grupy badawczej ich metoda pozawala na wytwarzanie włókien o dowolnej długości z wykorzystaniem różnego rodzaju komórek występujących w tkance chrzęstnej ssaków.

Następnie przy wykorzystaniu specjalnie zoptymalizowanego bioplotera można wytwarzać struktury przestrzenne – nie ma jednak informacji na temat tego, czy ewentualne (nawet niewielkie) skoki temperatury albo mechaniczne zmiany kształtu włókien nie zmniejszą żywotności komórek. Wydruki 3D  następnie należy poddać inkubacji w odpowiednim pożywce, gdzie włókna stopniowo wiążą się i tworzą ostateczny kształt chrząstki, który teoretycznie odpowiedni będzie zdatny do użytku medycznego.

Według wstępnych badań właściwości mechaniczne tkanki chrzęstnej powstałej tym sposobem są lepsze niż tych, które tworzone są na podłożu hydrożelowego skaffoldu – jak uważa Ozbolat stopniowo zwiększany nacisk na tkankę może doprowadzić do sukcesywnego wzrostu ich wytrzymałości ( tak jak dzieje się to wewnątrz organizmu).

Sposób zaproponowany przez amerykańskich badaczy brzmi imponująco – co prawda, nie mają oni jeszcze wystarczającej ilości badań na poparcie swojej metody jednak jeżeli ich sposób biodruku 3D tkanek okaże się właściwy to niewątpliwie jeszcze o nim usłyszymy.

Wracając jednak do wspomnianych inspiracji technologią biodruku 3D w kinie, spójrzcie na tę scenę z serialu Westworld. Tutaj również host tworzony jest przez drukowanie 3D tkanki, nanoszone w formie ciągłych włókien, jednak w laboratorium doktora Ozbolata nie wygląda to aż tak spektakularnie. Mimo to – kto wie, może właśnie tak wygląda przyszłość?

Źródło: fabbaloo.comnews.psu.edu

Grafika przewodnia: kadr z serialu „Westworld”

Udostępnij.

O autorze

Magdalena Przychodniak

Redaktor Naczelna Centrum Druku 3D. Inżynier biomedyczny śledzący najnowsze doniesienia dotyczące biodruku oraz zastosowań druku przestrzennego w nowoczesnej medycynie.