Opracowanie narzędzi do odtwarzania i manipulowania mikrośrodowiskiem komórkowym, w tym lokalizacji i kształtu wzorców komórkowych, ma zasadnicze znaczenie dla inżynierii tkankowej. inżynierii tkankowej. Równolegle do druku atramentowego i mechanicznych wytłaczarek ciśnieniowych wytłaczarek, biodrukowanie wspomagane laserem (LAB) pojawiło się jako alternatywna technologia technologia wytwarzania dwu- i trójwymiarowych produktów inżynierii tkankowej. Celem niniejszej pracy było określenie parametrów drukowania laserowego dla nano-hydroksyapatytu (nHA) i ludzkich osteoprogenitorów (HOP) w dwu- i trójwymiarowej inżynierii tkankowej. (HOP) w dwóch i trzech wymiarach za pomocą LAB. Stacja robocza LAB wykorzystana w tym badaniu składało się z lasera na podczerwień skupionego na wstędze kwarcowej, która została pokryta cienką absorbującą warstwą tytanu i warstwą biokomponentu. System skanowania system, taśma kwarcowa i podłoże były pilotowane przez dedykowane oprogramowanie, umożliwiające na sekwencyjne drukowanie różnych materiałów biologicznych w dwóch i/lub trzech wymiarach. Materiał do drukowania nHA (biotusz) został zsyntetyzowany metodą chemiczną. i został scharakteryzowany przed i po drukowaniu przy użyciu transmisyjnej mikroskopii elektronowej, spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera i dyfrakcji rentgenowskiej. dyfrakcji rentgenowskiej. Biotusz HOP został przygotowany przy użyciu 30 milionów komórek ml(-1) w pożywce hodowlanej, a komórki scharakteryzowano po wydrukowaniu przy użyciu testu Live/Dead i markerów fenotypu osteoblastycznego (fosfatazy alkalicznej i osteokalcyna). Wyniki wykazały, że LAB umożliwia drukowanie i organizowanie nHA i HOP w dwóch i trzech wymiarach. LAB nie zmienił właściwości fizykochemicznych właściwości nHA, ani żywotności, proliferacji i fenotypu HOP w czasie (do 15 dni). czasu (do 15 dni). Badanie to wykazało, że LAB jest odpowiednią metodą do modelowania nHA i komórek osteoblastycznych w 2D, a także jest przystosowana do bio-fabrykacji materiałów kompozytowych 3D. --- Ostatnio wzrosło zainteresowanie zastosowaniem technik biodruku w badaniach nad komórkami macierzystymi. badań nad komórkami macierzystymi. Opracowano kilka metod biodruku wykorzystujących wykorzystujących akustykę, piezoelektryczność i lasery do osadzania żywych komórek na podłoża. Korzystając z tych technologii, można tworzyć przestrzennie zdefiniowane gradienty unieruchomionych biomolekuł. unieruchomionych biomolekuł w celu ukierunkowania różnicowania komórek macierzystych na wiele subpopulacji różnych linii subpopulacje różnych linii. Komórki macierzyste mogą być również wzorowane w w sposób wysokowydajny na elastyczne plastry implementacyjne do regeneracji tkanek regeneracji tkanek lub na podłoża w celu uzyskania dostępu do enkapsulowanych komórek macierzystych komórek macierzystych do analizy genomicznej. Poniżej przedstawiamy przegląd najnowszych osiągnięć technologii biodruku w badaniach nad komórkami macierzystymi i identyfikujemy przyszłe wyzwania i potencjalne zastosowania, w tym inżynierię tkankową i medycynę regeneracyjną medycynę, gojenie ran i genomikę. --- Bioprinting ma ekscytujące perspektywy drukowania trójwymiarowych (3-D) konstrukcji tkankowych poprzez dostarczanie żywych komórek z odpowiednimi materiałami macierzy. Jednak postęp w tej dziedzinie jest obecnie niezwykle powolny ze względu na ograniczone możliwości z powodu ograniczonego wyboru biotuszu do enkapsulacji komórek i cytokompatybilnych mechanizmów żelowania. W niniejszym raporcie przedstawiamy rozwój klinicznie istotnych analogów tkanek o rozmiarze biodruku 3D, dostarczając ludzkie mezenchymalne progenitory pochodzące z tkanki małżowiny nosowej dolnej mezenchymalnych komórek progenitorowych zamkniętych w biokleiku jedwabno-fibroinowo-żelatynowym (SF-G). Żelowanie w tym bio-inklinie było indukowane poprzez cytokompatybilne mechanizmy żelowania in situ mechanizmy, a mianowicie enzymatyczne sieciowanie przez tyrozynazę grzybową i fizyczne sieciowanie poprzez sonikację. Mechanicznie, tyrozynazy utleniają dostępne reszty tyrozyny tyrozyny jedwabiu i/lub żelatyny w reaktywne ugrupowania o-chinonowe, które mogą kondensować się ze sobą lub ulegać nieenzymatycznym reakcjom z dostępnymi aminami zarówno jedwabiu, jak i żelatyny. Sonikacja zmienia interakcję hydrofobową interakcję i przyspiesza samoorganizację makrocząsteczek fibroiny jedwabiu w celu utworzenia kryształy β-arkuszy, które fizycznie sieciują hydrożel. Jednak sonikacja nie ma wpływu na konformację żelatyny. Efekt zoptymalizowanej reologii, wtórne konformacje biokomponentu jedwabno-żelatynowego, czasowo kontrolowane żelowanie strategii i parametrów drukowania w celu osiągnięcia maksymalnej żywotności komórek żywotność i wieloliniowe różnicowanie kapsułkowanej ludzkiej tkanki małżowiny nosowej mezenchymalnych komórek progenitorowych pochodzących z tkanki małżowiny nosowej. Ta strategia oferuje unikalną ścieżkę naprzód w kierunku bezpośredniego drukowania przestrzennie dostosowanej do potrzeb pacjenta architektury anatomicznej. --- W niniejszej pracy przedstawiamy technikę biodruku, która wykorzystuje proces proces elektrohydrodynamiczny w celu uzyskania strumienia płynnych kulek alginianowych zawierających komórki komórki. Drukarka jest używana do mikrofabrykacji hydrożeli blok po bloku zgodnie z podejściem podejście oddolne. Kulki alginianowe stanowią elementy składowe stanowią budulec mikrofabrykowanych struktur. Kulki są umieszczane we wcześniej zdefiniowanej pozycji na docelowym podłożu wykonanym z żelatyny wzbogaconej w wapń, gdzie sieciują po w kontakcie, bez potrzeby dalszego przetwarzania. Wydrukowana próbka może być łatwo usunąć z podłoża w temperaturze fizjologicznej. Drukowanie trójwymiarowe odbywa się poprzez osadzanie wielu warstw hydrożelu. warstw hydrożelu. Zbadaliśmy parametry wpływające na proces, kompatybilność kompatybilność procedury drukowania z komórkami i ich przeżywalność po wydrukowaniu. drukowaniu. --- Druk 3D, czyli wytwarzanie brył o dowolnych kształtach, stosowany w medycynie regeneracyjnej łączy technologie z kilku branż, aby pomóc w rozwiązaniu unikalnych wyzwań zarówno w naukach podstawowych, jak i inżynierii tkankowej. Poprzez bardziej precyzyjne organizowanie komórek i struktur wspierających precyzyjnie w przestrzeni 3D, zyskamy krytyczną wiedzę na temat komunikacji komórka-komórka i interakcji komórka-środowisko. interakcji komórka-środowisko. W miarę zwiększania skali, będziemy zmierzać w kierunku złożonych struktur tkanek i narządów. i narządów, w których kilka fenotypów komórek będzie funkcjonalnie i i strukturalnie oddziaływać ze sobą, odwzorowując w ten sposób formę i funkcję natywnych tkanek i narządów. tkanek i narządów. --- Medycyna regeneracyjna dąży do naprawy lub zastąpienia dysfunkcyjnych tkanek za pomocą zaprojektowanymi systemami biologicznymi lub biohybrydowymi. Obecne kliniczne modele regeneracyjne wykorzystują proste, jednolite konstrukty tkankowe utworzone z komórek hodowanych na biokompatybilnych rusztowaniach. Przyszłe terapie regeneracyjne będą wymagały wytwarzania złożonych trójwymiarowych konstrukcji zawierających wiele typów komórek typów komórek i macierzy zewnątrzkomórkowych. Wierzymy, że technologie biodruku będą odegrają kluczową rolę w projektowaniu i budowie przyszłych tkanek inżynierskich dla terapii komórkowych i regeneracyjnych. Niniejszy przegląd opisuje aktualne najnowocześniejsze technologie biodruku, koncentrując się na biodruku z bezpośrednim zapisem. Opisujemy szereg czynników związanych z procesem i urządzeniem dla udanego udanego biodruku kompozytowych konstruktów biohybrydowych. Ponadto przedstawiliśmy podstawowe parametry druku bezpośredniego dla systemu hydrożelowego (Pluronic F127) często stosowanego w aplikacjach sercowo-naczyniowych. Linie dozowane metodą bezpośredniego zapisu (żele o lepkości od 30 mPa s do ponad 600 × 10⁶ mPa s) zostały mierzone po mechanicznym i pneumatycznym drukowaniu za pomocą trzech dostępnych na rynku dostępnych na rynku rozmiarów igieł (20 ga, 25 ga i 30 ga). Przykładowe wzory zawierające komórki mikronaczyniowe i izolowane fragmenty mikronaczyń zostały również przedrukowane na kompozytowe struktury 3D. Komórki i fragmenty naczyń krwionośnych pozostały żywotne i zachowały żywotność i zachowanie in vitro po włączeniu do struktur biohybrydowych. Bezpośredni biodruk materiałów biologicznych zapewnia unikalną metodę projektowania i wytwarzania złożonych, wieloskładnikowych struktur 3D do użytku eksperymentalnego. Mamy nadzieję, że nasze spostrzeżenia projektowe i podstawowe opisy parametrów bezpośredniego bioprintingu zapewnią użyteczną podstawę dla kolegów, którzy włączą tę metodę metodę wytwarzania 3D do przyszłych terapii regeneracyjnych. --- Dzięki zaletom wysokiej przepustowości, cyfrowej kontroli i bardzo dokładnego umieszczanie komórek i rusztowania biomateriałowego w pożądanych lokalizacjach 2D i 3D, bioprinting ma ogromny potencjał do opracowania obiecujących podejść w medycynie translacyjnej i wymianie narządów. medycynie i zastępowaniu narządów. Najnowsze osiągnięcia w dziedzinie biodruku narządów i tkanek i tkanek w oparciu o technologię termicznego druku atramentowego zostały opisane w tym przeglądzie. niniejszym przeglądzie. Biodruk nie powoduje żadnych lub niewielkie skutki uboczne dla drukowanych komórek ssaków komórek ssaków i może w wygodny sposób łączyć się z transfekcją genów lub dostarczaniem leków do wyrzucanych żywych systemów podczas precyzyjnego umieszczania w celu budowy tkanki. Dzięki montażowi warstwa po warstwie można drukować tkanki 3D o złożonych strukturach przy użyciu zeskanowanych obrazów CT lub MRI. Układy naczyniowe lub nerwowe mogą być jednocześnie podczas budowy narządów z cyfrową kontrolą. Dlatego, bioprinting jest jedynym rozwiązaniem tego krytycznego problemu w produkcji grubych i złożonych tkanek złożonych tkanek z układem naczyniowym. Łącznie, biodruk oparty na termicznym druku atramentowym ma ogromny potencjał i szerokie zastosowanie w inżynierii tkankowej i medycynie regeneracyjnej. inżynierii tkankowej i medycynie regeneracyjnej. Niniejszy artykuł przeglądowy przedstawia kilka ważne patenty związane z biodrukiem żywych systemów i zastosowaniami w dziedzinie inżynierii tkankowej. --- Inżynieria tkankowa ma ogromny potencjał, aby zapewnić funkcjonalny, żywy zamiennik zastawki zastawki, zdolnej do integracji z tkanką gospodarza i wzrostu. Wśród różnych technik wytwarzania kanałów zastawkowych, trójwymiarowy (3-D) umożliwia osadzanie komórek i hydrożeli w trójwymiarowych konstrukcjach o anatomicznej geometrii i heterogenicznych właściwościach. o anatomicznej geometrii i niejednorodnych właściwościach mechanicznych. Pomyślne zastosowanie tego podejścia jest jednak ograniczone przez niedostatek drukowalnych i biokompatybilnych materiałów hydrożelowych. Ponadto nie wiadomo, jak ludzkie komórki zastawek komórki zastawek reagują na te drukowane środowiska. W niniejszym badaniu, trójwymiarowe opracowano hybrydowe hydrożele oparte na metakrylowanym metakrylowanego kwasu hialuronowego (Me-HA) i metakrylowanej żelatyny (Me-Gel) i wykorzystano je do biodruku zastawek serca zawierających zamknięte ludzkie komórki śródmiąższowe zastawki aortalnej (HAVIC). komórki śródmiąższowe zastawki aortalnej (HAVIC). Zwiększenie stężenia Me-Gel skutkowało niższą sztywnością i wyższą lepkością. wyższą lepkość, ułatwiało rozprzestrzenianie się komórek i lepiej utrzymywało fenotyp fibroblastyczny HAVIC fenotyp fibroblastyczny. Dokładność biodruku zależała od względnych stężeń stężeń Me-Gel i Me-HA, ale po optymalizacji umożliwiła wytworzenie kształtu zastawki trójpłatkowej zgodnego z oryginalnym projektem. HAVIC zamknięty w bioprojektowanych zastawkach serca zachował wysoką żywotność i przebudował początkową macierz początkową matrycę poprzez odkładanie kolagenu i glikozaminoglikanów. Odkrycia te stanowią pierwszy racjonalny projekt biodrukowanych hydrożeli zastawek trójpłatkowych które regulują zachowanie zamkniętej ludzkiej zastawki trójpłatkowej. Zastosowanie anatomicznie dokładnych żywych rusztowań zastawkowych poprzez biodruk może przyspieszyć zrozumienie fizjologiczne interakcje komórek zastawki i postęp w kierunku de novo żywych zastawek zastawek. --- Wytwarzanie trójwymiarowych (3D) organoidów o kontrolowanej mikroarchitekturze wykazano, że zwiększa funkcjonalność tkanek. Bioprinting można wykorzystać do precyzyjnego pozycjonowania komórek i materiałów wypełnionych komórkami w celu wygenerowania kontrolowanej architektury tkanek. Dlatego stanowi ekscytującą alternatywę dla wytwarzania narządów. Pomimo szybkiego postępu w tej dziedzinie, rozwój procesów procesów drukowania, które mogą być wykorzystywane do wytwarzania konstrukcji tkankowych w makroskali z hydrożeli pochodzących z ECM pozostaje wyzwaniem. Tutaj przedstawiamy strategię do biodruku fotolabilnych, obciążonych komórkami hydrożeli z metakrylowanej żelatyny (GelMA). hydrożeli. Biodrukowaliśmy żelMA obciążony komórkami w stężeniach od 7 do 15% o różnej gęstości komórek i stwierdziliśmy bezpośrednią korelację między a właściwościami mechanicznymi hydrożelu. Ponadto, enkapsulowane komórki HepG2 zachowały żywotność przez co najmniej osiem dni po procesie biodruku. procesu biodrukowania. Podsumowując, niniejsza praca przedstawia strategię bezpośredniego biodruku fotolabilnego hydrożelu pochodzącego z ECM obciążonego komórkami, który może znaleźć szerokie zastosowanie w inżynierii tkankowej, drukowaniu narządów i rozwoju platform odkrywania leków 3D. --- CEL: Zbadanie technologii trójwymiarowego (3D) biodruku przy użyciu mieszaniny ludzkich komórek miazgi zębowej (hDPCs) jako biokomponentu oraz stworzenie wstępnych podstaw dla zastosowania technologii biodruku 3D w regeneracji zębów. METODY: Oprogramowanie komputerowe Imageware 11.0 zostało wykorzystane do wspomagania projektowania biologicznego druku 3D. biologicznego wydruku 3D. Przygotowano hydrozol z alginianu sodu i żelatyny oraz zmieszano z wyizolowanymi in vitro komórkami hDPC. Mieszanina zawierała 20 g/L alginianu sodu i 80 g/L żelatyny o gęstości komórek 1×10(6)/mL. Biodrukowanie mieszaniny hDPCs przeprowadzono zgodnie z określonymi parametrami; zbadano konstrukty 3D uzyskane przez drukowanie uzyskane przez drukowanie zostały zbadane; żywotność hDPCs po wydrukowaniu przez barwienie konstruktów barwnikiem kalceina-AM i jodkiem propidyny oraz skanowanie laserowego mikroskopu konfokalnego. Konstrukty in vitro uzyskane przez biodrukowanie były hodowane, a proliferacja hDPCs w konstruktach w konstruktach. WYNIKI: Przy użyciu oprogramowania Imageware 11.0, konstrukty 3D ze strukturą siatki złożoną z akumulacji naprzemiennych cylindrycznych warstw mikrofilamentów. warstw mikrofilamentów. Zgodnie z określonymi parametrami, mieszanki hDPCs-sodu alginian sodu-żelatyna zostały wydrukowane w technologii biodruku 3D. Plik Samodzielnie zdefiniowany kształt i wymiar konstrukcji 3D ze wskaźnikiem przeżywalności komórek wynoszącym 87% ± 2%. Komórki hDPC mogły namnażać się w konstrukcjach 3D po wydrukowaniu. po wydrukowaniu. WNIOSEK: W niniejszym badaniu zrealizowano biodruk 3D mieszanin hDPCs, kładąc tym samym wstępne podwaliny pod zastosowanie technologii biodruku 3D w regeneracji zębów. --- Hydrożel alginianu sodu, stabilizowany żelatyną, jest odpowiednią, biologicznie biologicznie obojętną matrycą, która może być stosowana do enkapsulacji i biodruku 3D związanych z kością komórek SaOS-2. Jednak komórki osadzone w tej matrycy pozostają w stanie w stanie nieproliferującym. Tutaj pokazujemy, że dodanie nakładki na bioprinted alginate/gelatine/SaOS-2 cell scaffold, składającego się z agarozy i soli wapniowej polifosforanu soli wapniowej polifosforanu [polyP-Ca(2+)-complex], spowodowało znaczny wzrost proliferacji komórek. wzrost proliferacji komórek. W obecności 100 μm polyP-Ca(2+)-complex, komórki proliferują z czasem generacji wynoszącym około 47-55 godzin. Ponadto twardość hydrożelu alginianowo-żelatynowego znacznie wzrasta w obecności polimeru. Zmniejszony moduł Younga dla hydrożelu dla hydrożelu alginianowo-żelatynowego wynosi około 13-14 kPa, a wartość ta spada do około 0,5 kPa po inkubacji rusztowań zawierających komórki przez 5 dni. W obecności 100 μm kompleksu polyP-Ca(2+), zredukowany moduł Younga wzrasta do około 22 kPa. Twardość hydrożelu zawierającego kompleks polyP-Ca(2+) pozostaje zasadniczo stała, jeśli komórki są nieobecne w matrycy, ale spada do 3,2 kPa po spada do 3,2 kPa po 5-dniowym okresie inkubacji w obecności komórek SaOS-2, wskazując, że kompleks poli-P-Ca(2+) jest metabolizowany, degradowany przez komórki. komórki. Układ alginian/żelatyna-agaroza z kompleksem polyP-Ca(2+)-powoduje znaczący wzrost mineralizacji komórek. Analizy SEM ujawniły że morfologia guzków mineralnych utworzonych na powierzchni komórek osadzonych w hydrożelu alginianowo-żelatynowym nie różni się znacząco od od guzków na komórkach rosnących w hodowlach jednowarstwowych. Nowo opracowana technika, wykorzystująca komórki zamknięte w hydrożelu alginianowo-żelatynowym i warstwie wtórnej zawierającą morfogenetycznie aktywny, promujący wzrost polimer polyP-Ca(2+)-complex otwiera nowe możliwości zastosowania biodruku 3D w inżynierii tkanki kostnej. w inżynierii tkanki kostnej. --- Bioprinting, oparty na termicznym druku atramentowym, jest jedną z najbardziej atrakcyjnych technologii technologii w dziedzinie inżynierii tkankowej i medycyny regeneracyjnej. medycyny regeneracyjnej. Dzięki cyfrowej kontroli komórki, rusztowania i czynniki wzrostu mogą być precyzyjnie osadzane w pożądanych dwuwymiarowych (2D) i trójwymiarowych (3D) lokalizacjach. trójwymiarowych (3D). Dlatego technologia ta jest idealnym podejście do wytwarzania tkanek naśladujących ich natywne struktury anatomiczne. W celu w celu inżynierii chrząstki z natywną organizacją strefową, macierzą zewnątrzkomórkową macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM) i właściwościami mechanicznymi, opracowaliśmy platformę do biodruku przy użyciu komercyjnej drukarki atramentowej z jednoczesną fotopolimeryzacją zdolną do inżynierii tkanki chrzęstnej 3D. Ludzkie chondrocyty zawieszone w w diakrylanie poli(glikolu etylenowego) (PEGDA) zostały wydrukowane do budowy 3D neokartilage poprzez montaż warstwa po warstwie. Wydrukowane komórki zostały zamocowane w ich w ich pierwotnych pozycjach, wspierane przez otaczające rusztowanie podczas jednoczesnej fotopolimeryzacji. Właściwości mechaniczne wydrukowanej tkanki były podobne do natywnej chrząstki. W porównaniu do konwencjonalnej tkanki, która wymaga dłuższej ekspozycji na promieniowanie UV, żywotność wydrukowanych komórek z jednoczesną fotopolimeryzacją była znacznie wyższa. Wydrukowana neocartilage wykazała doskonałą produkcję glikozaminoglikanów (GAG) i kolagenu typu II co było zgodne z ekspresją genów. Dlatego ta platforma jest idealna do dokładnej dystrybucji i rozmieszczenia komórek dla anatomicznej inżynierii tkankowej. inżynierii tkankowej. --- W ostatnich latach wykorzystanie prostej technologii atramentowej do drukowania komórek wywołało ogromne zainteresowanie i ustanowiło dziedzinę biofabrykacji. Kluczowym wyzwaniem było opracowanie procesów drukowania, które są zarówno kontrolowane i mniej szkodliwe, w celu zachowania żywotności i funkcji komórek i tkanek. i funkcji. W niniejszym raporcie przedstawiamy rozwój drukarki komórkowej opartej na zaworze która została zatwierdzona do drukowania wysoce żywotnych komórek w programowalnych wzorach z dwóch różnych bio-tuszy z niezależną kontrolą objętości każdej kropli (z dolnym limitem kropli (z dolnym limitem 2 nL lub mniej niż pięcioma komórkami na kroplę). Człowiek ESC były używane do tworzenia sferoidów poprzez nadrukowywanie dwóch przeciwstawnych gradientów bio-tuszu; jeden z hESC w pożywce, a drugi z samą pożywką. Powstały w ten sposób macierz kropelek o jednolitym rozmiarze z gradientem stężeń komórek została odwrócony, aby umożliwić komórkom agregację i tworzenie sferoidów pod wpływem grawitacji. Powstałe agregaty agregaty mają kontrolowane i powtarzalne rozmiary, a co za tym idzie mogą być tworzone na zamówienie do konkretnych zastosowań. Sferoidy zawierające od 5 do 140 zdysocjowanych komórek dało w rezultacie sferoidy o średnicy 0,25-0,6 mm. Ta że proces drukowania oparty na zaworach jest wystarczająco delikatny, aby zachować żywotność komórek macierzystych, wystarczająco dokładny, aby wytworzyć sferoidy o jednolitej i że wydrukowane komórki zachowują swoją pluripotencję. Badanie to obejmuje pierwszą analizę odpowiedzi ludzkich embrionalnych komórek macierzystych na proces drukowania proces drukowania przy użyciu tej konfiguracji drukowania opartej na zaworach. --- Bioprinting trójwymiarowy (3D), elastyczna zautomatyzowana platforma na żądanie dla swobodnego wytwarzania złożonych żywych architektur, jest nowatorskim podejściem do projektowania i inżynierii ludzkich narządów i tkanek. Tutaj zademonstrowaliśmy potencjał biodruku 3D w inżynierii tkankowej na przykładzie ludzkiej skóry. jako prototypowego przykładu. Jako komórki składowe wykorzystano keratynocyty i fibroblasty. do reprezentowania naskórka i skóry właściwej, a kolagen został użyty do reprezentowania macierzy skórnej skóry. macierz skóry właściwej. Przeprowadzono wstępne badania w celu optymalizacji parametrów drukowania dla maksymalnej żywotności komórek, jak również dla optymalizacji gęstości komórek w naskórku i skórze właściwej, aby naśladować fizjologicznie istotne atrybuty ludzkiej skóry. atrybuty ludzkiej skóry. Wydrukowane konstrukcje 3D były hodowane w zanurzonych mediach warunkach, po których następowała ekspozycja warstwy naskórka na interfejs powietrze-ciecz w celu promowania dojrzewania i stratyfikacji. Histologia i immunofluorescencji wykazały, że wydrukowana w 3D tkanka skórna była morfologicznie i biologicznie reprezentatywna dla ludzkiej tkanki skórnej in vivo. W W porównaniu z tradycyjnymi metodami inżynierii skóry, biodruk 3D oferuje kilka zalet pod względem zachowania kształtu i formy, elastyczności, powtarzalności i wysokiej wydajności hodowli. Ma szeroki zakres zastosowań w odkrywaniu preparatów przezskórnych i miejscowych, badaniach toksyczności skórnej oraz w projektowaniu autologicznych przeszczepów do gojenia ran. Przedstawione tutaj przedstawione tutaj badania proof-of-concept mogą być dalej rozszerzane w celu zwiększenia złożoności modelu skóry poprzez włączenie struktur wtórnych i przydatkowych struktur lub włączenie chorych komórek, aby służyć jako model do badania patofizjologii chorób skóry. --- Bioprinting umożliwia wytwarzanie żywych konstrukcji o niestandardowej architekturze architekturą poprzez kontrolowane przestrzennie osadzanie wielu biotuszów. Jest to ważne dla wytwarzania tkanek, takich jak tkanka kostno-chrzęstna, która wykazuje strefowy skład w domenie chrząstki wspieranej przez leżącą poniżej kości podchrzęstnej. Wyzwania związane z wytwarzaniem funkcjonalnych przeszczepów o klinicznie klinicznie obejmują włączenie wskazówek do kierowania specyficznym różnicowaniem komórek różnicowanie komórek i generowanie wystarczającej liczby komórek, co jest trudne do uzyskania przy użyciu konwencjonalnych technik hodowli komórek. Nowatorską strategią mającą na celu sprostanie tym jest połączenie biodruku z technologią mikronośników. Technologia ta pozwala na rozległą ekspansję komórek, podczas gdy tworzą one wielokomórkowe agregaty, a ich fenotyp może być agregaty, a ich fenotyp może być kontrolowany. W niniejszej pracy, żywe zostały wytworzone poprzez biodruk mikronośników wypełnionych komórkami. Mikronośniki z kwasu polimlekowego wypełnione mezenchymalnymi komórkami zrębowymi (MSC), uzyskane przez hodowlę statyczną lub ekspansję kolby przędzalniczej, zamknięto w żelatynie metakrylamid-guma gellan, i zbadano możliwość drukowania materiału kompozytowego. materiału kompozytowego. To podejście do biodruku pozwoliło na wytworzenie konstruktów o wysokim stężeniu i żywotności komórek. Enkapsulacja mikronośnikiem poprawiła moduł sprężystości konstrukcji hydrożelowych, ułatwiała adhezję komórek oraz wspierała różnicowanie osteogenne i odkładanie macierzy kostnej odkładanie macierzy kostnej przez MSC. Dwuwarstwowe modele kostno-chrzęstne zostały wytworzone przy użyciu mikronośników dla przedziału kostnego. Odkrycia te podkreślają potencjał tego nowego podejścia do biofabrykacji kości i struktur kostno-chrzęstnych opartego na mikronośnikach. i konstrukcji kostno-chrzęstnych. --- Zaawansowane techniki wytwarzania brył o swobodnych kształtach (SFF) są interesujące dla konstruowania polimerowych rusztowań inżynierii tkankowej ze względu na ich powtarzalność i zdolność do wysokiej dokładności w rozdzielczości wytwarzania w makro- i mikroskali rusztowania. i mikroskali. Wśród wielu ważnych zastosowań rusztowań, rusztowania hydrożelowe zostały wykorzystane w inżynierii tkankowej jako technika zapewniająca pożądaną proliferacji wysianych komórek in vitro i in vivo do ich architektonicznie porowatych trójwymiarowych struktur. Takie techniki wytwarzania nie tylko umożliwiają rekonstrukcję rusztowań o dokładnej architekturze anatomicznej, ale także umożliwiają również włączenie bioaktywnych gatunków, takich jak czynniki wzrostu, białka i żywe komórki. Niniejszy artykuł przedstawia system bioprintingu zaprojektowany do swobodnego wytwarzania porowatych rusztowań alginianowych z zamkniętymi komórkami śródbłonka. komórkami śródbłonka. System do biodruku obejmuje wielodyszowy system osadzania system osadzania, który wykorzystuje techniki SFF i wspomagany komputerowo system modelowania system zdolny do tworzenia heterogenicznych rusztowań tkankowych. Proces jest biologicznie kompatybilny i jest w stanie funkcjonować w temperaturze pokojowej i przy stosunkowo niskim ciśnieniu. temperaturze pokojowej i stosunkowo niskim ciśnieniu w celu zmniejszenia sił ścinających, które mogłyby zniszczyć biologicznie aktywne składniki. Rozdzielczość systemu osadzania wynosi 10 mikrometrów w trzech ortogonalnych kierunkach XYZ i ma minimalną prędkość 100 mikrom/s. Idealne stężenia alginianu sodu i chlorku wapnia zostały zbadane w celu określenia opłacalnego procesu biodruku. Wyniki wskazały, że odpowiednie parametry wytwarzania wynosiły 1,5% (w/v) alginianu sodu i 0,5% (w/v) chlorku wapnia. alginian sodu i 0,5% (w/v) chlorek wapnia. Badania degradacji poprzez testy mechaniczne mechaniczne wykazały spadek modułu sprężystości o 35% po 3 tygodniach. Badania żywotności komórek Badania żywotności komórek przeprowadzono na rusztowaniach otoczonych komórkami w celu walidacji procesu biodruku i określenia żywotności komórek na poziomie 83%. Ta wykazuje potencjalne wykorzystanie dokładnego rozmieszczenia komórek do inżynierii złożonej regeneracji tkanek przy użyciu systemów projektowania wspomaganego komputerowo. --- Choroby układu krążenia są główną przyczyną zgonów na całym świecie. Choroby naczyniowe leczy się głównie za pomocą autoprzeszczepów i przeszczepów naczyń krwionośnych. naczyń krwionośnych. Tradycyjne metody przeszczepów wiążą się jednak z kilkoma problemami w tym brak odpowiednich miejsc pobrania, dodatkowe koszty chirurgiczne dla chirurgiczne, ból, infekcje, brak dawców, a nawet brak substytutów. w ogóle. W ostatnim czasie inżynieria tkankowa i medycyna regeneracyjna są do regeneracji uszkodzonych lub chorych tkanek. Większość badań inżynierii tkankowej inżynierii tkankowej opiera się na wysiewie komórek do rusztowań poprzez zapewnienie odpowiednie środowisko do przyłączania, proliferacji i różnicowania komórek. Ze względu na wyzwania, takie jak trudności w przestrzennym wysiewaniu komórek, odrzucenie i stan zapalny stosowanych biomateriałów, ostatnie badania inżynierii tkankowej inżynierii tkankowej koncentrują się na technikach bez rusztowań. W niniejszym artykule przedstawiono rozwój nowatorskich algorytmów i metod wspomaganych komputerowo dla biodruku 3D pozbawionych rusztowań biomimetycznych struktur makronaczyniowych. Model komputerowy naśladujący aortę jest generowany przy użyciu technik obrazowania i proponowanych algorytmów obliczeniowych. algorytmów obliczeniowych. Zoptymalizowana trójwymiarowa ścieżka bioprintingu opracowano przy użyciu proponowanego modelu samonośnego. Myszy embrionalne (MEF) i struktury podporowe (hydrożele) są biodrukowane 3D warstwa po warstwie. biodrukowane warstwa po warstwie zgodnie z proponowaną metodą samonośną, aby tworząc konstrukt tkanki aorty. --- Celem inżynierii tkankowej jest wytwarzanie funkcjonalnych trójwymiarowych (3D) substytutów tkanek. substytutów tkanek. Jeśli chodzi o złożoność natywnych narządów i tkanek, gęstość komórek i przestrzenna organizacja 3D, które wpływają na zachowanie i los komórek, są kluczowymi parametrami w inżynierii tkankowej. kluczowe parametry w inżynierii tkankowej. Bioprinting wspomagany laserowo (LAB) umożliwia na drukowanie komórek i płynnych materiałów z rozdzielczością na poziomie komórki lub pikolitra. rozdzielczości. Dlatego też LAB wydaje się być wschodzącą i obiecującą technologią do wytwarzania struktur podobnych do tkanek, które mają fizjologiczną funkcjonalność ich natywnych odpowiedników. Technologia ta ma dodatkowe zalety, takie jak automatyzacja, powtarzalność i wysoka wydajność. Dzięki temu LAB jest kompatybilny z (przemysłową) produkcję konstrukcji 3D o fizjologicznie istotnych rozmiarach. Tutaj przedstawiamy wyczerpująco liczne kroki, które umożliwiają drukowanie żywych komórek komórek z dobrze zachowanym mikrometrowym wzorem. Aby ułatwić zrozumienie zrozumienie całego eksperymentu wzorcowania komórek przy użyciu LAB, omówiono go w dwóch częściach: (1) przetwarzanie wstępne: konfiguracja lasera, przygotowanie wkładu z bio-tuszem i bio-papieru, i projektowanie wzoru; oraz (2) przetwarzanie: drukowanie bio-tuszu na bio-papierze. --- Choroby zastawek serca są poważnym i narastającym problemem zdrowia publicznego, w przypadku którego najczęściej wskazana jest wymiana protezy. Obecne urządzenia protetyczne są nieodpowiednie dla młodszych dorosłych i rosnących dzieci. Inżynieria tkankowa żywych zastawki aortalnej mają potencjał do przebudowy, regeneracji i wzrostu, ale wytworzenie naturalnej złożoności anatomicznej z heterogenicznością komórkową pozostaje wyzwaniem. pozostaje wyzwaniem. W bieżącym badaniu wdrożyliśmy biodruk 3D w celu wytworzenia żywych hydrożelowych przewodów zastawkowych z alginianu / żelatyny o anatomicznej architekturze i bezpośrednie włączenie dwóch typów komórek w sposób ograniczony regionalnie. Kapsułkowane komórki mięśni gładkich (SMC) zatoki korzenia aorty i komórki śródmiąższowe płatka zastawki aortalnej (SMC) i komórki śródmiąższowe płatka zastawki aortalnej (VIC) były żywotne w hydrożelu alginianowo-żelatynowym przez 7 dni w hodowli. Bezkomórkowe hydrożele wydrukowane w 3D wykazywały zmniejszony moduł, najwyższą wytrzymałość i szczytowe odkształcenie, nieznacznie zmniejszając się w ciągu 7 dni hodowli, podczas gdy biomechanika rozciągania hydrożeli wypełnionych komórkami została zachowana. Z powodzeniem wykonano bioprotezy zastawki aortalnej z bezpośrednią enkapsulacją SMC w korzeniu zastawki i VIC w płatkach. Oba typy komórek były żywotne (81,4 ± 3,4% dla SMC i 83,2 ± 4,0% dla VIC) w wydrukowanych 3D tkankach. Zamknięte SMC wyrażały podwyższony poziom alfa-aktyny mięśni gładkich, podczas gdy VIC wyrażały podwyższony poziom wimentyny. wimentynę. Wyniki te pokazują, że anatomicznie złożone, heterogenicznie aortalnej mogą być wytwarzane za pomocą biodruku 3D. biodruku 3D. --- Produkcja addytywna, inaczej znana jako drukowanie trójwymiarowe (3D), jest napędza znaczące innowacje w wielu dziedzinach, takich jak inżynieria, produkcja, sztuka, edukacja i medycyna. Ostatnie postępy umożliwiły drukowanie 3D biokompatybilnych materiałów, komórek i komponentów pomocniczych w złożone 3D funkcjonalne żywe tkanki. Bioprinting 3D jest obecnie stosowany w medycynie regeneracyjnej medycynie regeneracyjnej, aby zaspokoić zapotrzebowanie na tkanki i narządy odpowiednie do przeszczepów. przeszczepów. W porównaniu z drukiem niebiologicznym, biodruk 3D wiąże się z się z dodatkowymi złożonościami, takimi jak wybór materiałów, typów komórek, czynników wzrostu i czynniki wzrostu i różnicowania, a także wyzwania techniczne związane z wrażliwością żywych komórek i budową tkanek. Rozwiązanie tych problemów wymaga integracji technologii z dziedzin inżynierii, biomateriałów, biologii komórek, fizyki i medycyny. Bioprinting 3D został już został już wykorzystany do generowania i przeszczepiania kilku tkanek, w tym wielowarstwowej skóry, kości, przeszczepów naczyniowych, szyn tchawiczych, tkanek serca i struktur chrzęstnych. serca i struktur chrzęstnych. Inne zastosowania obejmują rozwój wysokowydajnych modeli tkanek drukowanych 3D do badań, odkrywania leków i toksykologii. toksykologii. --- Bioprinting trójwymiarowy (3-D) polega na osadzaniu warstwa po warstwie materiału biologicznego w celu uzyskania stabilnych konstrukcji trójwymiarowych do zastosowania w inżynierii tkankowej. zastosowania w inżynierii tkankowej. Jest to potężne narzędzie do przestrzennego przestrzennego umieszczania wielu materiałów i/lub komórek w próbce 3D. Zamknięte komórki są chronione przez bio-tusz podczas procesu drukowania. Dostępnych jest bardzo dostępnych jest bardzo niewiele materiałów, które spełniają wymagania bioprintingu, a także zapewniają odpowiednie właściwości do enkapsulacji komórek podczas i po procesie drukowania. proces. Kompozyt hydrożelowy zawierający prekursory alginianu i żelatyny został z różnymi stężeniami hydroksyapatytu (HA) i scharakteryzowany pod względem pod względem reologii, pęcznienia i właściwości mechanicznych w celu oceny wszechstronności systemu. wszechstronność systemu. Natychmiastowa i długoterminowa integralność strukturalna integralność strukturalna wydrukowanego hydrożelu została osiągnięta dzięki dwuetapowemu mechanizmowi łączącego termowrażliwe właściwości żelatyny z chemicznym sieciowaniem alginianu. alginianu. Opracowano nowe podgrzewacze końcówek strzykawek w celu poprawy temperatury kontroli temperatury biotuszu, aby uniknąć zatykania. Ludzkie mezenchymalne komórki macierzyste zmieszane z hydrożelowym prekursorem do prekursora hydrożelu przetrwały proces drukowania i wykazały wysoką żywotność komórek na poziomie 85% po 3 dniach hodowli in vitro. HA umożliwił wizualizację wydrukowanych struktur za pomocą tomografii mikrokomputerowej. tomografii komputerowej. Włączenie HA sprzyja również wykorzystaniu biokomponentu w inżynierii tkanki kostnej. inżynierii tkankowej. Poprzez dodanie czynników innych niż HA, kompozyt może być wykorzystany jako biotusz do zastosowań w dostarczaniu leków, osadzaniu mikrosfer lub inżynierii tkanek miękkich. osadzania mikrosfer lub inżynierii tkanek miękkich.
Czy bioprinting może wykorzystywać ludzkie komórki?
Tak, ludzkie komórki mogą być wykorzystywane do biodruku