Kombucha-afgeleide bioink ontwikkeld voor gepersonaliseerde weefselreparatie

Tissue Engineering maakt gebruik van 3D -printen en bioink om menselijke cellen op steigers te laten groeien, waardoor vervangingen worden gecreëerd voor beschadigde weefsels zoals huid, kraakbeen en zelfs organen. Een team van onderzoekers onder leiding van professor Insup Noh van Seoul National University of Science and Technology, Republiek Korea, heeft een bioink ontwikkeld met behulp van nanocellulose afgeleid van kombucha Scoby (symbiotische cultuur van bacteriën en gist) als het steigermateriaal.

Het biomateriaal biedt een duurzaam alternatief voor conventionele opties, en het kan worden geladen op een handbiopen met de hand gehouden “biowork”, ook ontwikkeld door hetzelfde team. De digitale biopen maakt de precieze toepassing van bioink op beschadigde gebieden mogelijk, zoals onregelmatig kraakbeen en grote huidwonden, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor meer gepersonaliseerde en effectieve in vivo weefselherstel, waardoor de behoefte aan in vitro weefseltechniekprocessen wordt geëlimineerd.

Dit artikel is gepubliceerd in de International Journal of Biological Macromolecules op 1 december 2024.

“Ons geprefabriceerde nanocellulose -hydrogelnetwerk van de symbiotische cultuur van bacteriën en gist kan worden gebruikt als een platform bioink voor in vivo weefseltechniek door alle soorten biomoleculen en medicijnen en directe bioprinting te laden,” zegt Prof. Noh.

Kombucha Scoby is een symbiotische cultuur van bacteriën en gist gebruikt om groene thee te gisten. De micro -organismen produceren cellulose, die biologisch afbreekbaar en compatibel is met cellen. De nanocellulose afgeleid van Kombucha Scoby heeft echter een verwarde structuur, die modificatie vereist voor 3D -bioprinting. Dit omvat het aanpassen van zijn reologische eigenschappen (hoe het stroomt) en mechanische eigenschappen om de extrusie te verbeteren en de structurele integriteit na afdrukken te behouden.

De onderzoekers hebben dit bereikt door nanocellulose gedeeltelijk te hydrolyseren met azijnzuur, glucosebindingen te verbreken en het netwerk te ontwarren voor zijn bioprintability. Deze behandeling ontbrak echter de controle over de eigenschappen, wat leidde tot een vermindering van zijn structurele sterkte. Het team versterkte de nanocellulose met chitosan (positief geladen) en kaolin (negatief geladen) nanodeeltjes. Deze chitosan- en kaolinedeeltjes interageren met cellulose door elektrostatische krachten en vormen een stabiele hydrogel die geschikt is voor 3D -bioprinting.

De bioink werd bereid door de ingrediënten, inclusief levende cellen, binnen een biopen te mengen. Digitaal geregeld, twee tegen-roterende schroeven in de biopen gemengd de ingrediënten uniform, waardoor een homogene bioink ontstaat die direct door een naald op beschadigd weefsel kon worden aangebracht.

Wanneer bevestigd aan een 3D-bioprinter, maakte de biopen het creëren van meerlagige, zelfstandige structuren met een hoge resolutie, zoals gespleten buizen en piramides van meer dan 1 cm hoog. De biopen werd ook gebruikt voor directe in situ laag-per-laag afdrukken van onregelmatig gevormde defecten. Met behulp van het vulden de onderzoekers nauwkeurig 3D-geprinte schedel- en femorale hoofdvormen met ontworpen defecten.

De combinatie van Bioink en Digital Biopen biedt een kosteneffectieve oplossing voor het behandelen van grote gebieden en onregelmatig gevormde wonden zonder enig in vitro weefselregeneratieproces, met name in nood- en EHBO-situaties.

“Deze technologie zorgt voor een snel en eenvoudig eenstapsproces waarbij het medicijn en de hydrogel worden gemengd en onmiddellijk ter plaatse worden toegepast op gewonde gebieden van verschillende vormen”, zegt prof. Noh.