Biostampa 3D utilizzando una nuova foto

npj Medicina rigenerativa volume 8, numero articolo: 18 (2023) Citare questo articolo

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La bioprinting tridimensionale (3D) è una tecnica altamente efficace per la fabbricazione di costrutti caricati in cellule nell'ingegneria dei tessuti. Tuttavia, la versatilità nella fabbricazione di idrogel precisi e complessi caricati con cellule è limitata a causa della scarsa capacità di reticolazione degli idrogel contenenti cellule. Qui, proponiamo un processo di bioprinting assistito da fibra ottica (OAB) per reticolare in modo efficiente gli idrogel metacrilati. Selezionando condizioni di lavorazione appropriate per la tecnica di fotoreticolazione, abbiamo fabbricato strutture biofunzionali cariche di cellule tra cui gelatina metacrilata (Gelma), collagene e matrice extracellulare decellularizzata. Per applicare il metodo alla rigenerazione del muscolo scheletrico, i costrutti Gelma carichi di cellule sono stati elaborati con un ugello funzionale dotato di un segnale topografico e un processo OAB che potrebbe indurre un allineamento uniassiale di C2C12 e cellule staminali adipose umane (hASC). Sono stati osservati gradi significativamente più elevati di allineamento cellulare e attività miogeniche nella struttura Gelma carica di cellule rispetto a quelli nella struttura cellulare stampata utilizzando un metodo di reticolazione convenzionale. Inoltre, è stato osservato un potenziale rigenerativo in vivo nei difetti muscolari volumetrici in un modello murino. Il costrutto carico di hASC ha indotto in modo significativo una maggiore rigenerazione muscolare rispetto al costrutto cellulare senza segnali topografici. Sulla base dei risultati, il processo di biostampa di nuova concezione può rivelarsi altamente efficace nella fabbricazione di costrutti carichi di cellule biofunzionali per varie applicazioni di ingegneria tissutale.

Recentemente, sono stati fabbricati scaffold caricati con cellule che imitano strutture tissutali complesse naturali utilizzando una varietà di metodi dal basso verso l'alto, come processi elettroidrodinamici, microfluidici, fotolitografici o soft-litografici e tridimensionali (3D) di bioprinting1,2,3, 4,5. Grazie all’efficiente capacità di produzione dimostrata dalle tecniche multistrato, il processo di biostampa 3D è stato ampiamente adottato nelle applicazioni di ingegneria tissutale. In particolare, sono state esplorate in modo significativo le applicazioni versatili di vari bioink6,7,8,9.

In precedenza, sono stati ottenuti molti risultati promettenti nello sviluppo di muscoli scheletrici mediante ingegneria tessutale con funzionalità migliorate senza bioprinting10,11. Tuttavia, uno svantaggio notevole dei costrutti muscolari scheletrici realizzati con l’ingegneria tessutale senza bioprinting è l’inadeguatezza nel fabbricare geometrie specifiche del paziente. Per superare questo problema, dovrebbero essere considerati vari parametri tra cui la temperatura di stampa, la pressione pneumatica, la velocità di stampa e il processo di reticolazione per fabbricare costrutti cellulari 3D con attività biologiche appropriate, come elevata vitalità/proliferazione cellulare e differenziazione/maturazione fenotipica delle cellule stampate. .

Tuttavia, i processi di estrusione basati su ugelli dimostrano diversi limiti, come la risoluzione limitata delle dimensioni dei montanti, la densità cellulare contenuta dei montanti caricati con celle e la bassa stampabilità, derivante dalla debole natura meccanica degli idrogel a caricamento cellulare. Sono stati introdotti diversi bioink avanzati coniugati con ioni per ottenere costrutti cellulari; tuttavia, la fabbricazione di strutture caricate a celle meccanicamente stabili utilizzando la tecnologia di stampa 3D rimane una sfida da superare nella tecnica di stampa e nel processo di formazione del bioinchiostro8,12,13.

Recentemente, per superare le carenze dei puntoni carichi di cellule ottenuti utilizzando un processo di stampa 3D, sono state proposte diverse strategie di reticolazione, inclusi processi di fotoreticolazione in situ combinati con la stampa8,14,15. Ad esempio, la fabbricazione di filamenti caricati a celle su microscala meccanicamente stabili richiede che i processi di stampa utilizzino un sistema di ugelli nucleo/guscio, in cui il bioinchiostro di alginato nella regione del guscio viene immediatamente reticolato con una soluzione di cloruro di calcio che protegge la gelatina metacrilata carica di cellule fotoreticolata (Gelma) nel nucleo16,17. Inoltre, studi simili hanno fabbricato fibre con nucleo caricato di cellule (Gelma)/shell (alginato di sodio) utilizzando un canale microfluidico in cui è progettato il Gelma carico di cellule endoteliali nel nucleo18. Inoltre, è stato introdotto un metodo di reticolazione in situ utilizzando un ugello coassiale capillare trasparente collegato a una stampante 3D per ottenere strutture stampate stabili (reticoli su microscala e tubi cavi) senza dipendere dalla viscosità del bioinchiostro8.