Ein Forscherteam der School of Mechanical and Materials Engineering der Washington State University hat ein neuartiges, anpassbares 3D-Biodruckmaterial entwickelt, das die Struktur von natürlichem Gewebe besser nachahmen soll.

Mit programmierbaren mechanischen Eigenschaften können Gerüstmaterialien das Wachstum natürlicher Zellen in verschiedenen Umgebungen besser fördern und so Wissenschaftlern eine zuverlässigere Möglichkeit bieten, maßgeschneiderte Gewebe herzustellen.

Die Co-Autorin der Studie, Professor Arda Gozen, hält das Material für eine einfach anzuwendende Biotinte. Ärzte werden wahrscheinlich einen Knopf drücken, um den Ausgangsstent mit dem Material zu bioprinten und bei Bedarf Ersatzhaut, Knorpel und andere Gegenstände für den Patienten herzustellen. Biologische Struktur.

Der Erfolg dieses Verfahrens bei der Herstellung funktioneller Gewebe hängt weitgehend von der Fähigkeit der hergestellten Strukturen ab, natürliches Gewebe nachzuahmen. Wenn Sie Zellen züchten und in funktionelle Gewebe umwandeln möchten, müssen Sie sich an die mechanische Umgebung natürlicher Gewebe anpassen.

Der heilige Gral des 3D-Biodrucks ist die Herstellung ganzer Ersatzorgane. Dies ist ein Meilenstein, der die Wartezeit auf eine Transplantation eliminieren und die enorme Belastung des globalen Gesundheitssystems reduzieren wird. Derzeit kann die 3D-Biodrucktechnologie nur einfache Gewebeproben herstellen, um Schicht für Schicht Biotinte abzuscheiden, um das Gerüst aufzubauen und dann eine nährende Umgebung für das Zellwachstum bereitzustellen.

Evolution ist viel komplizierter als unser hochpräzises Mikroabscheidungssystem, was dazu führt, dass echte biologische Zellen oft schwer auf künstlichen Gerüsten zu züchten sind. Zum Beispiel wachsen Hautzellen gerne auf einem Gerüst, das sich wie echte Haut anfühlt, während Muskelzellen gerne auf einem Gerüst wachsen, das sich wie echter Muskel anfühlt.

Beim 3D-Biodruck geht es hauptsächlich darum, diese biologischen Zellen in einen Zustand zu versetzen, in dem sie von realen Dingen umgeben sind. Die typische Methode für Forscher zur Feinabstimmung von Gerüsten besteht darin, Fachwerke hinzuzufügen oder zu entfernen, um die Steifigkeit der Struktur zu erhöhen oder zu verringern. Obwohl dieses Verfahren relativ einfach ist, bietet es nicht die Flexibilität, die für das Endanwendungs-Tissue Engineering erforderlich ist.

Um den Anforderungen an die Anpassungsfähigkeit gerecht zu werden, hat das Washington-Team eine neue Art von Biotinte mit anpassbaren mechanischen Eigenschaften entwickelt. Die Bio-Tinte aus Gelatine, Gummi Arabicum und Natriumalginat kombiniert drei chemische Prozesse, um diese drei Komponenten fast wie ein geflochtenes Seil miteinander zu „binden“. Die Modifikation eines separaten chemischen Prozesses ermöglicht es Wissenschaftlern, die Steifigkeit des endgültigen Trägers fein abzustimmen, ohne Traversen verwenden zu müssen, um das geometrische Design zu ändern.

Dies ermöglicht Ihnen die Anpassung der Eigenschaften ohne Änderung der Gerüstkonstruktion und gibt uns einen zusätzlichen Freiheitsgrad.

Obwohl sich diese Arbeit noch in einem frühen Stadium befindet, hat das Team von Gozen dieses Material für 3D-gedruckte Nasenknorpelgerüste verwendet. Die Simulation der Komplexität von natürlichem Gewebe ist immer noch eine Herausforderung, aber wenn sich die Druckparameter oder die Zusammensetzung ändern, glaubt das Team, dass es endlich eine nutzbare Gerüststruktur für groß angelegte Tissue-Engineering-Anwendungen schaffen kann.

In ähnlicher Weise haben Forscher der Pennsylvania State University zuvor ein 3D-Biodruckverfahren entwickelt, das gleichzeitig Hart- und Weichgewebe drucken kann, um Haut- und Knochenschäden zu reparieren. Mit zwei speziell entwickelten Bio-Tinten und Bio-Printing-Verfahren gelang es dem Team, die Löcher in Schädel und Haut des Rattenmodells innerhalb weniger Minuten in einem Schritt zu reparieren.

An anderer Stelle haben Wissenschaftler der King Abdullah University of Science and Technology kürzlich eine neue Methode zum 3D-Drucken von Hydrogelgerüsten basierend auf ultrakurzen Peptiden entwickelt. Das Team verwendete kurze Aminosäureketten, um Biotinten für Tissue-Engineering-Zwecke zu formulieren.

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