Встраивание ориентированных нановолоконных архитектур в 3D-печатные поликапролактоновые каркасы для регенерации тканей

Исследователи из Университета Сиань Цзяотун разработали новый гибридный метод производства для создания композитных каркасов с 3D-печатными макромасштабными каркасами и ориентированными нановолоконными архитектурами для улучшения клеточной организации. Проблема существующих 3D-печатных каркасов — большой размер элементов (сотни микрометров), что слишком много для большинства клеток (10–20 мкм) для прикрепления и пролиферации.

Команда из Государственной ключевой лаборатории инженерных производственных систем объединила методы 3D-печати, электроспиннинга, однонаправленного замораживающего литья (unidirectional freeze-casting) и лиофилизации, чтобы встроить имитирующие внеклеточный матрикс (ECM) фибриллярные архитектуры внутрь 3D-печатных каркасов.

Результаты и потенциал

По сравнению с обычными 3D-печатными каркасами, разработанные композитные каркасы с иерархической структурой:

• Улучшили эффективность засева клеток, скорость их пролиферации и морфогенез.
• Направили направленное врастание клеток. Эти находки могут оказать широкое влияние на разработку композитных каркасов для упорядоченной пространственной регенерации тканей.

Детали технологии

Как объяснил первый автор работы, д-р Цзыцзе Мэн, в работе показано, что имитирующие ECM фибриллярные архитектуры можно внедрить в 3D-печатные каркасы, замораживая перфузированные суспензии коротких нановолокон с последующим удалением льда сублимационной сушкой (freeze-drying).

• Ориентация: Нанофибриллярные архитектуры с выровненной ориентацией получаются под действием однонаправленного температурного градиента.
• Контроль пористости: Изменяя температуру замораживания, медианную площадь пор нановолоконных архитектур можно контролировать от ~400 мкм² до 4000 мкм².

Клеточные реакции и имплантация

• In vitro: Наличие нановолоконных архитектур значительно улучшило эффективность засева клеток, скорость пролиферации и направленную миграцию клеток по сравнению с чистыми 3D-печатными каркасами.
• In vivo: При имплантации в подкожную модель крыс композитные каркасы с выровненными нановолоконными архитектурами направляли инфильтрацию тканей и эффективно способствовали неоваскуляризации поблизости.

Роль компонентов

Как отметила соавтор Синдоу Му, 3D-печатные каркасы обеспечивают основную механическую поддержку, в то время как клеточные реакции напрямую зависят от встроенных нановолоконных архитектур.

Будущие направления

Со-корреспондирующий автор профессор Цзюлян Чжан указал, что в будущем необходимо глубже изучить возможность управления клеточной организацией путем изменения локальной ориентации нановолоконных микропор. Это может быть полезно для регенерации сложных и ориентированных тканей, таких как сухожилия, связки, нервы и сердечная мышца.