Νέα μέθοδος ευθυγράμμισης των ζωντανών κυττάρων σε 3D εκτυπωμένους βιολογικούς ιστούς

/, Εφαρμογές στην Ιατρική/Νέα μέθοδος ευθυγράμμισης των ζωντανών κυττάρων σε 3D εκτυπωμένους βιολογικούς ιστούς

Νέα μέθοδος ευθυγράμμισης των ζωντανών κυττάρων σε 3D εκτυπωμένους βιολογικούς ιστούς

Ένας από τους τρόπους δημιουργίας ανθρώπινων ιστών, είναι η ενσωμάτωση ζωντανών κυττάρων σε 3D εκτυπωμένες βιολογικές δομές. Παρόλο που έχουν πραγματοποιηθεί αρκετές επιτυχημένες προσπάθειες, ένα συχνό πρόβλημα που αντιμετωπίζουν οι ερευνητικές ομάδες είναι η αδυναμία της ελεγχόμενης χωρικής διάταξης των κυττάρων, ώστε ο βιολογικός ιστός που δημιουργήθηκε με μηχανικό τρόπο, να μιμείται όσο γίνεται περισσότερο τους αντίστοιχους φυσικούς που βρίσκονται στο ανθρώπινο σώμα. Ερευνητές από το κρατικό Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας ανέπτυξαν μια νέα μέθοδο σημαντικής βελτίωσης των βιο – χαρακτηριστικών που παρουσιάζουν οι 3D εκτυπωμένοι βιολογικοί ιστοί.  Κατάφεραν να επιτύχουν την «ευθυγράμμιση» των κυττάρων, χρησιμοποιώντας υπέρηχους.

Νέα μέθοδος ευθυγράμμισης των ζωντανών κυττάρων σε 3D εκτυπωμένους βιολογικούς ιστούς BioAssemblyBot Attachments web

Η νέα, επαναστατική τεχνική ονομάζεται UAB (Ultrasound Assisted Biofabrication) και πρόκειται στην ουσία για μια μέθοδο υποβοηθούμενη από υπέρηχους, η οποία επιτρέπει τη στοχευμένη διάταξη των ζωντανών κυττάρων επάνω στο 3D εκτυπωμένο «μητρικό» βιο – πήκτωμα. Μια επαναλαμβανόμενη διαδικασία που εξελίσσεται καθ όλη τη διάρκεια της 3D βιο – εκτύπωσης. Οι ερευνητές ανέπτυξαν τη μέθοδο UAB χρησιμοποιώντας τον BioAssemblyBot. Πρόκειται για την πρώτη στον κόσμο υλοποίηση ενός ρομποτικού τρισδιάστατου εκτυπωτή , με την εντυπωσιακή δυνατότητα κίνησης της κεφαλής του σε έξι νοητούς άξονες. Μια εξελιγμένη μέθοδο προσθετικής κατασκευής, που βρίσκει έδαφος κυρίως σε απαιτητικές 3D εκτυπώσεις, οι οποίες χρίζουν απόλυτης ακρίβειας, καθώς σε ορισμένες περιπτώσεις αγγίζουν τα όρια της νανοκλίμακας.

Νέα μέθοδος ευθυγράμμισης των ζωντανών κυττάρων σε 3D εκτυπωμένους βιολογικούς ιστούς electronic properties at the nanoscale1

Για να επιτευχθεί η απόθεση του βιο – υλικού, χρησιμοποιήθηκε η τεχνική DIW (Direct Ink Writing). Η τελευταία συγκαταλέγεται στο ευρύτερο σύνολο των 3D εκτυπώσεων μέσω της σταδιακής εξώθησης του υλικού. Η διαφορά όμως στη συγκεκριμένη περίπτωση είναι πως ο μικροσκοπικός εξωθητήρας μπορεί να λειτουργήσει σε ιδιαίτερα μικρές κλίμακες, κάνοντας χρήση σύνθετων πολυμερών τα οποία αποτελούνται από νανο – σωματίδια, όπως είναι οι νανο – σωλήνες άνθρακα, τα φύλλα γραφένιου και τα ειδικά δοχεία που περιέχουν κυτταρική βιο – μελάνη, το βιολογικό υλικό που χρησιμοποίησαν οι ερευνητές στο παρόν εγχείρημα. Για να ευθυγραμμίσουν τα κύτταρα, κατασκεύασαν έναν θάλαμο υπερήχων που επιτρέπει στα υψηλής συχνότητας ηχητικά κύματα να «ταξιδεύουν» στην περιοχή όπου πραγματοποιείται η διαδικασία της 3D βιο – εκτύπωσης. Η συνεχόμενη κίνησή τους στο εσωτερικό του χώρου που διαμορφώνουν τα τοιχώματα του θαλάμου, επιτρέπει τη δημιουργία ενός ευρύτερου, «σταθερού» υπερηχητικού κύματος. Μέσω αυτού, οι ερευνητές μπόρεσαν με επιτυχία να ευθυγραμμίσουν τα κύτταρα σε σειρές, ελέγχοντας με ακρίβεια την απόθεσή τους, ώστε να επιτύχουν τον στοχευμένο προσανατολισμό τους επάνω στη 3D εκτυπωμένη βιολογική δομή.

Νέα μέθοδος ευθυγράμμισης των ζωντανών κυττάρων σε 3D εκτυπωμένους βιολογικούς ιστούς new technique uses ultrasound to align living cells in 3d bioprinted tissues 1

Προκειμένου να δοκιμαστεί η νέα μέθοδος, η ομάδα δημιούργησε ένα 3D εκτυπωμένο μόσχευμα μηνίσκου. Τα κύτταρα τοποθετήθηκαν ακριβώς στα σημεία που έπρεπε, για να σχηματιστεί το ημιτελικό τόξο που χαρακτηρίζει τον αντίστοιχο φυσικό χόνδρο. Μόλις ολοκληρώθηκε η διαδικασία, έμειναν έκπληκτοι από την εικόνα του μοσχεύματος, όχι την οπτική που αφορά όσα μπορεί να διακρίνει το γυμνό μάτι, αλλά προχωρώντας και κατεβαίνοντας κλίμακα, φθάνοντας σε μικρο – επίπεδα. Οι ερευνητές έχουν κατοχυρώσει τη μέθοδο με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας και βρίσκονται σε αναζήτηση εταίρων, ώστε η μέθοδος UAB να μπορέσει να χρησιμοποιηθεί σε παγκόσμιο επίπεδο, αλλάζοντας μια για πάντα τον τρόπο δημιουργίας μοσχευμάτων. Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Biofabrication.

Τεχνολόγος - Ερευνητής, Αρθρογράφος