새로운 사진을 활용한 3D 바이오프린팅

npj 재생의학 8권, 기사 번호: 18(2023) 이 기사 인용

2371 액세스

4 알트메트릭

측정항목 세부정보

3차원(3D) 바이오프린팅은 조직 공학에서 세포가 탑재된 구조물을 제작하는 데 매우 효과적인 기술입니다. 그러나 정확하고 복잡한 세포가 탑재된 하이드로겔을 제조하는 다양성은 세포 함유 하이드로겔의 가교 능력이 좋지 않아 제한됩니다. 본 명세서에서는 메타크릴화 하이드로겔을 효율적으로 가교하기 위한 광섬유 보조 바이오프린팅(OAB) 프로세스를 제안합니다. 사진 가교 기술에 적합한 처리 조건을 선택하여 메타크릴화 젤라틴(Gelma), 콜라겐 및 탈세포화된 세포외 기질을 포함한 생체 기능성 세포가 함유된 구조를 제작했습니다. 골격근 재생에 방법을 적용하기 위해 세포가 포함된 Gelma 구성체는 C2C12 및 인간 지방 줄기 세포(hASC)의 단축 정렬을 유도할 수 있는 OAB 프로세스와 지형 신호를 갖는 기능성 노즐로 처리되었습니다. 기존의 가교 방법을 사용하여 인쇄된 세포 구조의 세포 정렬 및 세포 함유 Gelma 구조의 세포 정렬 및 근원성 활동이 상당히 높은 수준으로 관찰되었습니다. 또한, 마우스 모델의 체적 근육 결함에서 생체 내 재생 가능성이 관찰되었습니다. hASC가 함유된 구조물은 지형학적 단서가 없는 세포 구조물보다 더 큰 근육 재생을 유의하게 유도했습니다. 결과를 바탕으로 새로 설계된 바이오프린팅 공정은 다양한 조직 공학 응용을 위한 생체 기능성 세포 함유 구조물을 제작하는 데 매우 효과적이라는 것이 입증될 수 있습니다.

최근 자연적인 복잡한 조직 구조를 모방한 세포 탑재 지지체는 전기유체역학, 미세유체, 사진 또는 소프트 리소그래피, 3차원(3D) 바이오프린팅 공정과 같은 다양한 상향식 방법을 사용하여 제작되었습니다. 4,5. 다층 기술로 입증된 효율적인 생산 능력으로 인해 3D 바이오프린팅 공정은 조직 공학 응용 분야에 널리 채택되었습니다. 특히, 다양한 바이오잉크의 다양한 응용이 크게 연구되었습니다6,7,8,9.

이전에는 바이오프린팅 없이 향상된 기능을 갖춘 조직 공학 골격근의 개발에서 많은 유망한 결과가 만들어졌습니다. 그러나 바이오프린팅이 없는 조직 공학 골격근 구조물의 주목할만한 단점은 환자별 기하학적 구조를 제작하는 것이 부적절하다는 것입니다. 이 문제를 극복하려면 인쇄 온도, 공압, 인쇄 속도 및 인쇄된 세포의 높은 세포 생존율/증식 및 표현형 분화/성숙과 같은 적절한 생물학적 활동을 갖춘 3D 세포 구조물을 제작하기 위한 가교 공정을 포함한 다양한 매개변수를 고려해야 합니다. .

그러나 노즐 기반 압출 공정은 제한된 스트럿 크기 해상도, 셀 로드 스트럿의 제한된 세포 밀도, 셀 로드 하이드로겔의 약한 기계적 특성으로 인해 낮은 인쇄성 등 몇 가지 단점을 보여줍니다. 세포 구조물을 얻기 위해 이온과 결합된 여러 가지 고급 바이오잉크가 도입되었습니다. 그러나 3D 프린팅 기술을 사용하여 기계적으로 안정적인 세포 탑재 구조를 제작하는 것은 인쇄 기술 및 바이오잉크 형성 과정에서 극복해야 할 과제로 남아 있습니다.

최근 3D 프린팅 공정을 사용하여 얻은 세포 함유 스트럿의 단점을 극복하기 위해 인쇄와 결합된 현장 사진 가교 공정을 포함한 여러 가지 가교 전략이 제안되었습니다. 예를 들어, 기계적으로 안정적인 마이크로 스케일 셀 로드 필라멘트를 제작하려면 코어/쉘 노즐 시스템을 사용하는 인쇄 공정이 필요합니다. 여기서 쉘 영역의 알지네이트 바이오잉크는 사진 가교된 셀이 포함된 메타크릴화 젤라틴을 보호하는 염화칼슘 용액과 즉시 가교됩니다. (Gelma) 코어16,17. 또한 유사한 연구에서는 코어에 내피 세포가 함유된 Gelma가 설계되는 미세유체 채널을 사용하여 세포가 탑재된 코어(Gelma)/쉘(알긴산 나트륨) 섬유를 제작했습니다. 또한, 바이오잉크 점도에 의존하지 않고 안정적인 인쇄 구조(미세 격자 및 중공 튜브)를 얻기 위해 3D 프린터에 연결된 투명 모세관 동축 노즐을 사용한 현장 가교 방법이 도입되었습니다.