_ Echipa demonstrează metoda de fabricare pentru a construi structuri 3D care imită microstructura osoasă

Oamenii de știință au combinat tehnologia de imprimare 3D cu laser și un proces alternativ de înmuiere pentru a construi structuri 3D complexe care imită microstructura osoasă. Aceasta este prima demonstrație a acestei metode de fabricare și va duce la dezvoltarea unor sisteme de cultură celulară 3D care pot susține grefe osoase sau pot crea măduvă osoasă artificială.

Cercetarea lor este publicată în revista ACS Biomaterials Science. & Engineering și apare pe coperta numărului publicat pe 12 februarie 2024.

Oasul este un material hibrid compus din substanțe organice și anorganice, în principal fibre de colagen și un mineral anorganic numit hidroxiapatită (HAp) . Fibrele de colagen mineralizate se adună pentru a forma o structură ierarhică care oferă rezistență mecanică și tenacitate excelentă osului cortical. Osul cortical este stratul exterior puternic al oaselor lungi.

Microstructurile din măduva osoasă, numite nișă de măduvă osoasă, funcționează ca regulatori ai celulelor stem hematopoietice. Acestea sunt celule primitive care se dezvoltă în toate tipurile de celule sanguine. Cu toate acestea, mecanismul prin care nișa măduvei osoase menține celulele stem hematopoietice rămâne neclar.

Transplantul de celule stem hematopoietice oferă o posibilă strategie pentru tratarea leucemiei, limfomului și a bolilor imune. Dar este dificil pentru celulele stem hematopoietice să se extindă în afara corpului. Deci, crearea unui model de transplant care imită mediul măduvei osoase ar putea fi o soluție la aceste provocări, permițând celulelor stem hematopoietice să se înmulțească in vitro și apoi să fie transplantate. În plus, un model care imită mediul măduvei osoase ar putea ajuta la clarificarea mecanismului de menținere a celulelor stem hematopoietice în măduva osoasă in vivo.

În cercetările anterioare, oamenii de știință au dezvoltat biomateriale bazate pe HAp care imită microstructura osoasă. . Ei au folosit tehnici de microfabricare pentru a crea modele 3D cu HAp, cu scopul de a construi microstructura osoasa care imită un mediu biologic. Materialele acoperite cu HAp au fost utilizate ca înlocuitori ososi in vivo pentru a lega osul defect prin implantare. Cercetările anterioare au arătat că materialele acoperite cu HAp pot oferi un mediu care susține funcția celulară și prezintă o mare afinitate pentru os.

Cu toate acestea, au existat limitări cu această cercetare anterioară. „A fost dificil să se fabrice materiale compozite organice și anorganice 3D cu structură precisă prin imprimare 3D cu laser”, a spus Kazutoshi Iijima, profesor asociat la facultatea de inginerie de la Universitatea Națională Yokohama.

Stereolitografia cu scanare laser, o tehnologie de imprimare 3D, poate produce modele de oase de înaltă definiție. Echipa a ales o metodă de fabricație care combină stereolitografia cu scanare laser cu un proces alternativ de înmuiere. Cu această metodă de fabricare, echipa a construit modele de hidrogel de dimensiuni micro-metacrilat de gelatină polimerizată, un polimer reticulat biocompatibil care este utilizat în bioprintare. Ei au modificat modelele cu HAp folosind procesul alternativ de înmuiere cu o soluție de ioni de calciu și fosfat. Acest studiu este prima demonstrație a modificării HAp la modelele imprimate 3D cu o structură mai complexă, folosind procesul alternativ de înmuiere.

Au proiectat și fabricat modele simple, în formă de linie și un model piramidal cu o structură complexă. . Acestea le-au permis să modifice modelele fabricate de diferite dimensiuni cu HAp, folosind metoda procesului alternativ de înmuiere, fără a modifica microstructura creată prin stereolitografie.

Ei și-au testat modelele în diferite condiții, modificând timpul de imersie și numărul de cicluri alternative ale procesului de înmuiere. Echipa a reușit să controleze grosimea stratului de HAp schimbând condițiile procesului alternativ de înmuiere. Ei au analizat modelele de linii compozite și au investigat mecanismul formării HAp prin procesul alternativ de înmuiere în hidrogeluri.

„Combinând tehnologia de imprimare 3D cu laser și procesul alternativ de înmuiere, a devenit posibil să se construiască 3D precis. Materiale compozite cu metacrilat de gelatină și hidroxiapatită cu structură precisă”, a declarat Hiroki Miyajima, profesor asistent special numit la facultatea de inginerie de la Universitatea Națională Yokohama.

Privind în viitor, echipa speră să dezvolte modele osoase și măduvei osoase. imitând microstructura oaselor care contribuie la medicina regenerativă, cum ar fi regenerarea țesutului osos și extinderea celulelor stem hematopoietice.

Echipa de cercetare include Kaori Kojima, Hiroki Touji, Kodai Onodera, Masaru Mukai, Shoji Maruo și Kazutoshi Iijima de la Universitatea Națională Yokohama, Japonia.

(Fluierul)