Die 3D-Biodrucktechnologie kann technisch konstruierte Gerüste erstellen, die natürliches Gewebe nachahmen. Um Anwendungen zu regenerieren, ist es ein komplexer und anspruchsvoller Prozess, die Gewebe in diesen konstruierten Gerüsten zu kontrollieren.

Zellgewebe neigen dazu, in der räumlichen Verteilung und Anordnung stark geordnet zu sein. Daher müssen biotechnologisch hergestellte Zellgerüste, die für Tissue-Engineering-Anwendungen verwendet werden, dieser Ausrichtung sehr nahe kommen, um wie natürliches Gewebe zu funktionieren.

In "Applied Physics Reviews", veröffentlicht von AIP, beschrieb ein internationales Forscherteam die Verwendung einer Methode namens Mehrkammer-Bioprinting, um die Zellorientierung in abgelagerten Hydrogelfasern zu steuern.

Die Bio-Herstellung von Multi-Kompartiment-Hydrogel-Fasern wird verwendet, um multiskalige bionische Strukturen zu bilden.

Das Team verwendete statisches Mischen, um gestreifte Hydrogelfasern herzustellen, die mit Mikrofilamenten aus verschiedenen Hydrogelen gefüllt sind. In dieser Struktur bieten einige Kompartimente eine günstige Umgebung für die Zellproliferation, während andere Kompartimente als morphologische Hinweise zur Führung der Zellanordnung dienen. Gedruckte Fasern im Millimetermaßstab mit Topologien im Mikromaßstab können Zellen schnell organisieren und manipulierte Gewebe schneller reifen lassen.

Ali Tamayol, Associate Professor für Bioengineering an der University of Connecticut Health Branch und Co-Autor der Studie, sagte, dass diese Strategie auf zwei Prinzipien basiert. Die Ausbildung der Topographie basiert auf der Gestaltung des Fluids in der Düse und der kontrollierbaren Vermischung zweier unterschiedlicher Precursoren. Nach der Vernetzung dient die Grenzfläche zwischen den beiden Materialien als dreidimensionale Oberfläche und liefert topografische Hinweise für die Zellen, die in die zelldurchlässige Kammer eingewickelt sind.

Extrusionsbasiertes Bioprinting ist das am weitesten verbreitete Bioprinting-Verfahren. Beim Biodruck auf Extrusionsbasis haben die gedruckten Fasern normalerweise eine Größe von Hunderten von Mikrometern und die Zellen sind zufällig orientiert. Daher ist es sehr ideal, den Zellen in diesen Fasern topographische Hinweise zu geben, um ihre Organisation zu lenken.

Die traditionelle Extrusions-Bioprinting-Technologie wird auch durch hohe Scherspannungen während des Extrudierens von Filamenten beeinflusst. Die Feinskala-Eigenschaften dieser Technologie sind jedoch passiv und haben keinen Einfluss auf andere Parameter des Druckprozesses.

Um die Zellorganisation zu lenken, sollten dem Team zufolge auf Extrusion basierende 3D-Biodruckgerüste aus sehr dünnen Fasern bestehen.

Tamayol sagt, dass dies den Prozess zu einer Herausforderung macht und seine Biokompatibilität und die Anzahl der verfügbaren Materialien einschränkt, aber mit dieser Strategie können größere Fasern immer noch die Zellorganisation steuern.

Tamayol sagte, dass diese Bioprinting-Technologie morphologische Merkmale von Gewebestrukturen mit einer Auflösung vergleichbar der Größe von Zellen erzeugen kann, wodurch das Zellverhalten kontrolliert und bionische Strukturen gebildet werden. Und es zeigt großes Potenzial im Bereich des fibrösen Gewebe-Engineerings wie Skelettmuskulatur, Sehnen und Bänder.

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