Biodruk 3D umożliwia tworzenie precyzyjnych modeli wykonanych z materiałów o właściwościach podobnych do tkanek biologicznych. Istnieje wiele rodzajów materiałów budulcowych (tzw. biotuszy), zawierających zazwyczaj żywe komórki oraz biomateriały, które wspomagają adhezję, proliferację i różnicowanie komórek po zakończonym procesie wytwarzania. Naukowcy z Harvard Medical School opracowali innowacyjny biotusz na bazie alg, który po połączeniu z komórkami tkanek miękkich, wykazuje ich zwiększoną żywotność.
Nowatorski biotusz zawiera fotosyntetyzujące algi oraz komórki ludzkiej wątroby, umożliwiając drukowanie 3D rusztowań hydrożelowych. Naukowcom udało się wytworzyć addytywnie sześciokątne struktury z biologicznymi komórkami płatów wątroby. Nowy hydrożel wykazuje zwiększoną funkcjonalność i umożliwia syntezę białek specyficznych dla wątroby.
Badanie jest doskonałym przykładem wykorzystania symbiozy różnych rodzajów komórek, do wytwarzania funkcjonalnych tkanek ludzkich. Biodruk 3D z użyciem tego materiału może znaleźć zastosowanie w wielu dziedzinach, począwszy od testowania leków, aż po zdrowe przekąski na bazie alg.
Dostępność narządów do przeszczepów staje się dużym problemem na całym świecie. Według badań WHO aktualna podaż zaspokaja tylko 10% zapotrzebowania na przeszczepy. Podkreśla to potencjał alternatyw dla tradycyjnych przeszczepów i potrzebę doskonalenia biodrukowania 3D. Dotychczasowe metody wytwarzania sztucznych narządów w technologii przyrostowej nie dawały satysfakcjonujących wyników. Uzyskane struktury nie posiadały wystarczającej żywotności komórek, aby mogły być wykorzystane do końcowego zastosowania.
Największym problemem z jakim borykali się dotychczas naukowcy, był nierównomierny i niewystarczający dostęp hydrożelu do tlenu, który ułatwia namnażanie się komórek. Metody natleniania biotuszy zawierających żywe komórki zazwyczaj powodowały szkodliwe skutki uboczne, lub skutkowały w nierównomiernym rozroście komórek. Zespół z Harvard Medical School ulepszył hydrożele na bazie alg, opracowane na Uniwersytecie Technicznym w Dreźnie, stosując wyższe stężenia celulozy. Dzięki temu stał się on bardziej spójny, a przy tym posiadał zdolność do dotleniania tkanek uwięzionych w materiale.
Udoskonalona wersja hydrożelu zawiera karboksymetylocelulozę, żelatynę, PVA i alginian w odpowiednich proporcjach, zapewniających odpowiednią lepkość biotuszu. Naukowcy wydrukowali serię sześciokątnych struktur o wyglądzie plastra miodu, wykonanych z sześciu, dziesięciu i dwudziestu warstw. Następnie zmieszali fotosyntetyzujące algi C. reinhardtii i 10% płodową surowicę bydlęcej zapewniające zachęcające wyniki. Nowy biotusz zapewnia podtrzymanie aż 92 komórek w czasie 7 dni.
Unikalne właściwości alg, coraz częściej czynią je przedmiotem badań związanych z drukiem 3D. Są one nie tylko zdrowe, ale również ograniczają emisję gazów cieplarnianych. W zastosowaniu w biodruku 3D mogą być z powodzeniem wykorzystane jako medium służące do proliferacji komórek ludzkich.
Dzięki temu, że w algach dochodzi do fotosyntezy, następuje uwolnienie tlenu, który poprawia żywotność i funkcjonalność komórek wątroby. Innym sukcesem zespołu było odkrycie, że po rozpuszczeniu hydrożelu z użyciem celulazy, utworzona struktura zawiera puste mikrokanały. Wyżłobienia wypełniono ludzkimi komórkami, wykazującymi dobrą zdolność do proliferacji i wytwarzającymi naturalne białka. Struktury nie zawierające alg wykazywały żywotność komórek na poziomie 70%, natomiast w przypadku tych zawierających algi osiągała ona wartość 92%. Opracowanie biotuszu, podtrzymującego wysoki poziom natlenowania komórek, oraz z którego można usunąć hydrożel, to duży krok w kierunku nowoczesnej inżynierii tkankowej.
Źródło: 3dprintingindustry.com