3D Bioprinting -vooruitgang maakt het creëren van kunstmatige bloedvaten mogelijk met gelaagde structuren

Om mogelijke behandelingen voor verschillende ziekten te onderzoeken, worden meestal eerst als diermodellen of menselijke celculturen gebruikt; Diermodellen bootsen echter niet altijd menselijke ziekten goed na, en culturen zijn ver verwijderd van weefselcomplexiteit. Vooruitgang in 3D -printen, samen met kennis van biomaterialen, maken het mogelijk om complexe 3D -weefselmodellen in het laboratorium te herscheppen.

De hybride biofunctionele materialengroep van CIC Biomagune, geleid door de IKERBASQUE Research Fellow Dorleta Jimenez de Aberasturi, onderzoekt hoe geavanceerde bioprintingtechnieken combineren met nanomaterialen om weefselmodellen te verkrijgen die vaten met verschillende lagen bevatten en die kunnen reageren wanneer externe stimuli worden toegepast.

Lichaamsweefsel wordt geleverd met bloedvaten die het voorzien van zuurstof en voedingsstoffen, dus het is belangrijk om nieuwe methoden te ontwikkelen om ze te produceren. Hoe realistischer het orgaan- en weefselmodellen zijn, hoe beter de oorzaken van verschillende ziekten kunnen worden begrepen, hoe beter de werkzaamheid van nieuwe preparaten met therapeutisch potentieel kan worden bestudeerd, en hoe beter ze kunnen worden gebruikt als transplantaten, zelfs.

Dr. Dorleta Jimenez de Aberasturi, Dr. Uxue Aizarna en Dr. Malou Henriksen van CIC Biomagune hebben aanzienlijke vooruitgang geboekt op het gebied van 3D -bioprinting om materialen te ontwikkelen die weefselmodellen mogelijk maken die in toenemende mate dicht bij het werkelijke weefsel kunnen worden geproduceerd voor laboratoriumonderzoek.

De onderzoekers hebben twee artikelen gepubliceerd in ACS -toegepaste materialen en interfaces, getiteld “Hybride plasmonische bioresinen en op DecM gebaseerde materialen voor volumetrische bioprinting van vasculair geïnspireerde architecturen” En “De route naar slagadermimetica: hybride bioinks voor ingebedde bioprinting van multimateriële cilindrische modellen. “

Precisieprinters worden gebruikt om materialen van dit type te produceren en de “inkt” moet specifieke functies hebben. Een van de uitdagingen op dit gebied is het vinden van materialen die kunnen worden gebruikt voor het afdrukken en die ook optimale eigenschappen hebben waardoor de cellen kunnen overleven.

Zowel de drukmethode als de eigenschappen van deze materialen zijn erg belangrijk als het gaat om het snel en nauwkeurig produceren van hoogwaardig weefsel; Dat is de reden waarom dit onderzoeksgebied blijft innoveren om steeds betere resultaten te bereiken.

Het is ook belangrijk om “materialen te vinden die kunnen worden gecombineerd om afdrukken van meerdere materiële afdrukken te kunnen uitvoeren, en dus kunnen stabiele structuren worden gemaakt met behulp van verschillende lagen van elk van deze materialen”, zei Jimenez de Aberasturi.

Verbeterde materialen voor complexere structuren

In samenwerking met een groep van de Universiteit van Maastricht (Nederland) heeft het CIC Biomagune -team, door ingebedde bioprinting, erkend om “zachte of vloeibare materialen af ​​te drukken die niet in de lucht kunnen worden afgedrukt, zoals ze zouden worden vervormd of inzoekend voordat de inkt wordt gebruikt.

Met behulp van deze techniek slaagden ze erin om een ​​model van een bloedvat te produceren met concentrische cilinders die de verschillende lagen van een slagader nabootsen.

Bovendien, in samenwerking met een team van de Universiteit van Utrecht (Nederland), gebruikte het team van onderzoekers volumetrische bioprinting om zo ver als toevoeging van kleppen aan het slagadermodel te komen; Dit “omvat het vormen van het hele volume van de structuur tegelijkertijd door beelden van het ontwerp te projecteren op een specifiek ontwikkelde hars of materiaal, en vervolgens het materiaal te genezen (verharden), in plaats van geleidelijk de ene laag na de andere toe te voegen.

“Met deze techniek kunnen complexe vormen met hoge snelheid worden bereikt,” voegde de CIC Biomagune -onderzoeker toe. De onderzoekers slaagden erin “met grote precisie om een ​​klep te ontwerpen en af ​​te drukken die kan worden geopend en gesloten door een externe stimulus toe te passen, vergelijkbaar met die in het hart.” Dus: “We konden een klep, slagader of een ader afdrukken door het beeld te kopiëren van een van een die bij een echte patiënt hoorde.”

In beide stukken werk werd methacrylated gelatine gebruikt voor de basis; Het is een zacht materiaal gemaakt van gelatine en dat chemisch kan worden gemodificeerd zodat het vast kan worden wanneer het wordt blootgesteld aan licht.

Dit type gelatine is zeer nuttig bij bioprinting, omdat het compatibel is met cellen en de viscositeit ervan kan worden gewijzigd. Een extracellulaire matrix (dwz de microscopische steiger tussen cellen die lichaamsweefsel ondersteunt) verkregen uit de longslagader van een varken werd aan deze gelatine toegevoegd.

“Het type mechanische krachten waaraan bloedvaten worden onderworpen als gevolg van veranderingen in bloeddruk is iets belangrijks maar moeilijk te herscheppen. Deze veranderingen zijn belangrijk als we realistische reacties in de cellen willen verkrijgen,” legde Dr. Jimenez de Aberasturi, leidende onderzoeker bij het laboratorium.

Om dit te doen, gebruikten de onderzoekers gouden nanodeeltjes, die een speciale mogelijkheid hebben om op een zeer intense en gecontroleerde manier met licht te communiceren.

Met behulp van deze innovatieve combinatie van materialen en bioprintingtechnieken, slaagde het CIC Biomagune -team erin om vooruitgang te boeken bij het produceren van kunstmatige slagaders die de arteriële puls nabootsen in reactie op een laser.

“Door deze verbeterde materialen en verschillende afdruktechnieken te combineren, zijn we erin geslaagd om complexere structuren te produceren die veel meer lijken op die in het menselijk lichaam,” zeiden ze.

Ze benadrukten echter dat “dit een zeer complex proces is. Hoewel we nu heel dicht bij het maken van deze slagaders heel reëel zijn, zijn er nog steeds stappen te nemen. En elke stap is een wereld op zichzelf.”