Биочернила из чайного гриба для персонализированного восстановления тканей

Исследователи под руководством профессора Инсупа Но из Сеульского национального университета науки и технологий (Республика Корея) разработали биочернила, используя наноцеллюлозу, полученную из чайного гриба (SCOBY, симбиотическая культура бактерий и дрожжей), в качестве материала каркаса.

Этот биоматериал предлагает устойчивую альтернативу традиционным вариантам. Его можно загружать в портативную ручку-биопринтер "Biowork", также разработанную командой. Цифровая биоручка позволяет точно наносить биочернила на поврежденные области неправильной формы, такие как хрящи или обширные раны кожи, открывая путь к более персонализированному и эффективному восстановлению тканей in vivo, без необходимости процессов тканевой инженерии in vitro.

Исследование было опубликовано в International Journal of Biological Macromolecules 1 декабря 2024 года.

Наноцеллюлоза из чайного гриба биодеградируема и биосовместима, но имеет запутанную структуру, требующую модификации для 3D-биопечати. Ученые добились этого, частично гидролизуя наноцеллюлозу уксусной кислотой, что разрывало связи глюкозы и распутывало сеть. Для компенсации потери структурной прочности после гидролиза наноцеллюлозу усилили наночастицами хитозана (положительно заряженные) и каолина (отрицательно заряженные). Эти частицы взаимодействуют с целлюлозой посредством электростатических сил, образуя стабильный гидрогель, пригодный для 3D-биопечати.

Биочернила готовились путем смешивания ингредиентов, включая живые клетки, внутри биоручки. Два встречно-вращающихся шнека равномерно смешивали компоненты, создавая однородные чернила для прямого нанесения через иглу на поврежденную ткань.

При использовании с 3D-биопринтером биоручка позволяла создавать многослойные самонесущие структуры высокого разрешения (например, раздвоенные трубки и пирамиды высотой более 1 см). Её также применяли для прямой послойной печати in situ в дефекты неправильной формы, точно заполняя напечатанные на 3D-принтере модели черепа и головки бедренной кости с заданными дефектами.

Комбинация биочернил и цифровой биоручки предлагает экономичное решение для лечения больших площадей и ран сложной формы без процессов регенерации тканей in vitro, что особенно важно в экстренных ситуациях и при оказании первой помощи.