Гранулированные гели: лучшее из двух миров для биопечати клеток

Исследователям из UMC Utrecht удалось объединить две перспективные технологии печати, чтобы повысить плотность клеток, их выживаемость и специализацию в биотканях. Ключом стали гранулированные биогели (смолы). Работа опубликована в журнале Advanced Materials.

Проблемы биопечати

Биопечать — создание функциональных тканей из стволовых клеток — сталкивается с серьёзными вызовами. Клеткам для выживания и формирования ткани необходима возможность расти, двигаться и общаться.

3D экструзионная печать позволяет размещать клетки разных типов в большом количестве, но процесс медленный, вызывает механический стресс у клеток и зависит от гравитации.

Быстрая объёмная биопечать решает проблемы скорости и гравитации, но клетки распределяются в смоле случайно и в меньшем количестве. Твёрдая смола также мешает их функционированию и коммуникации.

Решение: гранулированные микрогели

Для решения этой проблемы использовали гранулированные смолы. «Гранулированные гели — это плотно упакованные микрчастицы геля», — объясняет первый автор Давиде Риббецци. Каждая частица обладает свойствами объёмного гидрогеля, но упакованные микрогели можно настраивать для получения дополнительных полезных свойств.

Комбинирование стратегий печати

Гранулированные смолы позволили объединить экструзионную и объёмную печать. С помощью экструзии можно точно размещать определённые клетки или химические вещества в смоле. Гель обтекает сопло принтера, как заварной крем, позволяя быстро размещать клетки в нескольких слоях без потери структурной прочности. Затем объёмная печать завершает процесс, создавая и формируя финальные структуры вокруг размещённых клеток.

Процесс требовал высокой точности. «В нашем исследовании мы используем термические свойства микрогеля, что позволяет точно настраивать механические и оптические свойства. Однако эта повышенная степень настройки потребовала ещё большей внимательности и точности во время печати», — отмечает Риббецци.

Результаты: повышение биологической активности

Эксперименты с клетками подтвердили, что гранулированные смолы обеспечивают значительно более высокую биологическую активность после печати по сравнению с твёрдыми гелями. В течение восьми дней после печати в смоле:

• Стволовые клетки смогли больше распространяться.
• Эпителиальные клетки создали больше соединений.
• Нейроноподобные клетки установили больше связей друг с другом.

«Мы представляем себе смешивание и даже локальное структурирование микрогелей из разных материалов. Это позволит создавать композитные конструкции с уникальными свойствами или с биоактивными карманами, высвобождающими, например, лекарства», — говорит Риббецци о будущих исследованиях.