Bioimpressão 3D usando uma nova foto

npj Regenerative Medicine volume 8, Número do artigo: 18 (2023) Citar este artigo

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A bioimpressão tridimensional (3D) é uma técnica altamente eficaz para fabricar construções carregadas de células na engenharia de tecidos. No entanto, a versatilidade de fabricar hidrogéis carregados com células precisas e complexas é limitada devido à fraca capacidade de reticulação dos hidrogéis contendo células. Aqui, propomos um processo de bioimpressão assistida por fibra óptica (OAB) para reticular eficientemente hidrogéis metacrilados. Ao selecionar as condições de processamento apropriadas para a técnica de fotorreticulação, fabricamos estruturas carregadas de células biofuncionais, incluindo gelatina metacrilada (Gelma), colágeno e matriz extracelular descelularizada. Para aplicar o método à regeneração do músculo esquelético, as construções Gelma carregadas de células foram processadas com um bico funcional com uma sugestão topográfica e um processo OAB que poderia induzir um alinhamento uniaxial de C2C12 e células-tronco adiposas humanas (hASCs). Graus significativamente mais altos de alinhamento celular e atividades miogênicas na estrutura do Gelma carregada de células foram observados em comparação com aqueles na construção celular que foi impressa usando um método convencional de reticulação. Além disso, um potencial regenerativo in vivo foi observado em defeitos musculares volumétricos em um modelo de camundongo. A construção carregada com hASC induziu significativamente maior regeneração muscular do que a construção celular sem pistas topográficas. Com base nos resultados, o processo de bioimpressão recém-projetado pode ser altamente eficaz na fabricação de construções carregadas de células biofuncionais para várias aplicações de engenharia de tecidos.

Recentemente, andaimes carregados com células que imitam estruturas naturais de tecidos complexos foram fabricados usando uma variedade de métodos de baixo para cima, como processos eletrohidrodinâmicos, microfluídicos, fotolitográficos ou litográficos e tridimensionais (3D)1,2,3, 4,5. Devido à capacidade de produção eficiente demonstrada por técnicas multicamadas, o processo de bioimpressão 3D tem sido amplamente adotado em aplicações de engenharia de tecidos. Particularmente, aplicações versáteis de várias biotintas foram significativamente exploradas6,7,8,9.

Anteriormente, muitos resultados promissores foram obtidos no desenvolvimento de músculos esqueléticos de engenharia de tecidos com funcionalidades aprimoradas sem bioimpressão10,11. No entanto, uma desvantagem notável das construções musculares esqueléticas de engenharia de tecidos sem bioimpressão é a inadequação para fabricar geometrias específicas do paciente. Para superar esse problema, vários parâmetros, incluindo temperatura de impressão, pressão pneumática, velocidade de impressão e o processo de reticulação para fabricar construções de células 3D com atividades biológicas apropriadas, como alta viabilidade/proliferação celular e diferenciação/maturação fenotípica das células impressas, devem ser considerados .

No entanto, os processos de extrusão baseados em bocais demonstram várias deficiências, como resolução limitada do tamanho do suporte, densidade celular restrita de suportes carregados com células e baixa capacidade de impressão, que resultou da fraca natureza mecânica dos hidrogéis de carregamento celular. Várias biotintas avançadas conjugadas com íons foram introduzidas para obter construções celulares; no entanto, a fabricação de estruturas carregadas de células mecanicamente estáveis ​​usando a tecnologia de impressão 3D continua sendo um desafio a ser superado na técnica de impressão e no processo de formação de biotinta8,12,13.

Recentemente, para superar as deficiências dos suportes carregados de células obtidos usando um processo de impressão 3D, várias estratégias de reticulação, incluindo processos de fotorreticulação in situ combinados com impressão, foram propostas8,14,15. Por exemplo, a fabricação de filamentos carregados com células em microescala mecanicamente estáveis ​​requer processos de impressão para empregar um sistema de bocal núcleo/casca, em que a biotinta de alginato na região da casca é imediatamente reticulada com uma solução de cloreto de cálcio que protege a gelatina metacrilada carregada com células fotorreticuladas (Gelma) no core16,17. Além disso, estudos semelhantes fabricaram fibras de núcleo carregadas de células (Gelma)/casca (alginato de sódio) usando um canal microfluídico no qual Gelma carregado de células endoteliais no núcleo é projetado18. Além disso, um método de reticulação in situ usando um bocal coaxial capilar transparente conectado a uma impressora 3D foi introduzido para obter estruturas impressas estáveis ​​(reticulados em microescala e tubos ocos) sem depender da viscosidade da biotinta8.