Трехмерная биопечать набирает популярность как способ лечения болезней и травм путем создания трехмерных живых тканей и органов. Однако для эффективной работы «чернила», используемые для биопечати, должны быть закреплены с помощью ультрафиолетового излучения или химических процессов. Но теперь исследователи разработали новые биочернила, которые затвердевают в зависимости от температуры тела, что делает их более безопасными для потенциального использования в искусственных органах и приложениях для регенерации тканей.
В биопечати используются биочернила для 3D-печати, вещества, обычно содержащие клетки, которые заставляют организм вызывать биологический ответ, направленный на регенерацию тканей. Биочернила должны обладать особыми механическими и биологическими свойствами для использования в биопринтерах на основе экструзии из-за высоких нагрузок в процессе 3D-печати. Они также должны быть биосовместимыми и биоразлагаемыми.
Современные биочернила на основе гидрогеля должны пройти процесс фотоотверждения перед использованием в организме. Фотоотверждение вызывает сшивание, образование прочных постоянных ковалентных связей между полимерными цепями в гидрогеле, что повышает его механическую прочность и устойчивость в физиологических условиях. Фотоинициаторы, введенные в гидрогель для обеспечения фотоотверждения, активируются ультрафиолетовым (УФ) светом, но УФ-свет может повредить ДНК клеток. Химическое сшивание, альтернатива фотоотверждению, использует реагент (сшивающий агент) для достижения того же результата.
Теперь исследователи из Корейского института науки и технологий (KIST) разработали новые биочернила на основе гидрогеля, которые может сохранять свою физическую структуру без необходимости фотоотверждения или химического сшивания.
Впервые группа разработала термочувствительный гидрогель на основе поли(органофосфазена), который существует в жидкой форме при низких температурах, что означает, что его можно легко напечатать, и затвердевает при температуре тела (98,6 °F/37 °C) без необходимость фотоотверждения или химического сшивания.
При температуре, близкой к температуре тела, нефотоотвержденный 3D-биопринт был физически стабилен и биодеградировал в нетоксичные материалы. Кроме того, исследователи продемонстрировали, что новые биочернила могут быть загружены факторами роста, которые могут храниться в течение длительного времени. Эти белки стимулируют рост и дифференцировку клеток, реакцию организма на воспаление и восстановление тканей.
Исследователи смешали факторы роста, костный морфогенетический белок-2 (BMP-2) и трансформирующий фактор роста бета-1 (TGF-Beta1). ) в биочернила и создали 3D-каркас, который имплантировали в поврежденный череп крысы. Они обнаружили, что окружающие ткани мигрировали в каркас и способствовали регенерации нормальной кости. Каркас медленно разлагался в течение 42 дней.
Исследовательская группа продолжает разрабатывать свои биочернила для использования в тканях, отличных от костей, и говорят, что однажды их можно будет использовать в искусственных органах.
«Поскольку биочернила, разработанные на этот раз, обладают другими физическими свойствами, проводятся дополнительные исследования по их применению для регенерации других тканей, помимо костной ткани, и мы ожидаем, что, наконец, сможем коммерциализировать биочернила, адаптированные к каждой ткани и органу». — сказал Су-Чанг Сон, соответствующий автор исследования.
Исследование было опубликовано в журнале Small.
