W poprzedniej części naszego cyklu na tapetę wzięliśmy materiały do biodruku 3D pośredniego, gdzie kluczowym było stworzenie skaffoldu, stanowiącego rusztowanie dla biowydruku 3D. Metoda ta pozwala na uzyskiwanie bardziej złożonych geometrii, jednak w praktyce nie zawsze czas rozpadu rusztowania i narastania komórek pokrywają się, co wpływa negatywnie na tworzenie połączeń pomiędzy komórkami.
Naukowcy szukają więc rozwiązań z zakresu biodruku 3D bezpośredniego i pracują nad znalezieniem satysfakcjonującego kompromisu pomiędzy osiągnięciem pożądanej geometrii, a zapewnieniem komórkom właściwego środowiska do wzrostu, które będzie równie przyjazne dla komórek jak warunki wewnątrz organizmu.
Podział oraz wyróżnienia opracowane został na podstawie artykułu naukowego „The bioink: A comprehensive review on bioprintable materials”. Biotusze dzielimy na:
- biotusze scaffold-based – wykorzystuje się do tworzenia przestrzennej struktury, na której następnie wysiewane są komórki. Właściwie zaprojektowany i stworzony skaffold umożliwia proliferację komórek, która w późniejszym etapie skutkuje powstawaniem tkanki. (ZOBACZ: biodruk pośredni)
- biotusze scaffold-free – materiały te umożliwiają tworzenie biowydruków bez konieczności tworzenia skaffoldu, dlatego w tym typie tuszy komórki są umieszczane w hydrożelu przed rozpoczęciem procesu biodruku 3D. (ZOBACZ: biodruk bezpośredni)
Specjaliści z dziedziny bioinżynierii i inżynierii komórkowej udowodnili, że trójwymiarowe hodowle stanowią lepsze środowisko do wzrostu komórek. aNieustannie prowdzone są intensywne badania nad tym, jak można zoptymalizować bezpośredni biodruk 3D tak, aby m.in. zwiększać przeżywalność komórek. Jakie biotusze można zatem wykorzystywać w tego typu biodruku 3D?
Specjaliści, dostrzegając przewagę hodowli przestrzennych nad dwuwymiarowymi, szukają alternatyw jakimi może być technologia biodruku 3D. W publikacjach odnoszących się do tematu najczęściej wymieniane są komórki stosowane do hodowli in vitro zanurzone w matrycy hydrożelowej (materiały hydrożelowe opisano w poprzednim artykule z serii). Jednak, aby komórki mogły zostać wykorzystane w procesie biodruku 3D muszą spełniać kilka warunków – muszą być wystarczająco wytrzymałe, aby przetrwać naprężenia ścinające oraz podwyższone ciśnienie podczas procesu drukowania 3D. Co więcej, komórki muszą wykazywać tendencję do namnażania oraz utrzymywania funkcji biologicznych.
Stworzenie modelu tkanki jest o tyle trudne, że każda struktura składa się z co najmniej kilku rodzajów komórek – tutaj wykorzystywane są specyficzne typy komórek (np. chondrocyty w przypadku biodruku 3D tkanki chrzestnej) lub komórki macierzyste. Ich najistotniejszą cechą jest możliwość różnicowania się na komórki różnego rodzaju pod wpływem działania odpowiednich czynników, przez co są obecnie tematem intensywnie eksploatowanym przez naukowców.
Drugim ważnym czynnikiem w przypadku bioinków jest hydrożel, które mogą zostać sklasyfikowane według sposobu ich sieciowania (fizycznego lub chemicznego) lub źródła ich pochodzenia, gdzie wyróżniamy hydrożele naturalne i syntetyczne. Trudno jednak orzec, który z materiałów jest lepszy do wykorzystania w procesie biodruku 3D – każdy z nich posiada zalety a także wady, które to naukowcy starają się wyeliminować, pracując nad takimi parametrami jak bioaktywność czy ich właściwości mechaniczne.
W kolejnej cześć naszego cyklu zwrócimy uwagę na właściwości, jakie muszą posiadać hydrożele, aby były odpowiednie do wykorzystania w procesie biodruku 3D.
Źródło: [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8]
<<< Biodruk 3D w pigułce – materiały do biodruku 3D, cześć 1
Grafika przewodnia: Photo by Jacobs School of Engineering on Foter.com / CC BY
