Bioinks für 3D Bioprinting mit dezellularisierten Knochenpartikeln:
Die Biofabrikation ist eine Technologie, bei der mit Hilfe von Extrusionsdruckverfahren dreidimensionale (3D) lebende Gewebestrukturen geschaffen werden. Eine der größten Herausforderungen bei der Biofabrikation besteht darin, die Formtreue der 3D-gedruckten Konstrukte zu erhalten und gleichzeitig die Zellproliferation zu ermöglichen. Die Materialeigenschaften wirken sich direkt auf die Druckbarkeit, die Formtreue und das Zellverhalten nach dem Bioprinting aus. Gelatine (GEL) wird aufgrund ihrer Zytokompatibilität, enzymatischen Abbaubarkeit und anderer vorteilhafter Eigenschaften für diese Anwendungen häufig verwendet.
Der Einbau von dezellularisierten Knochenpartikeln (DB) in die Bioink kann das Ergebnis der Biofabrikation erheblich verbessern. DB-Partikel, die aus Proteinen der natürlichen extrazellulären Knochenmatrix (ECM) gewonnen werden, sowie die Biomineralisierungseigenschaft des Knochengewebes können die Proliferation und osteogene Differenzierung von Zellen innerhalb der Bioink-Zusammensetzung verbessern, wenn sie als Zusatzstoff in der GEL-Matrix verwendet werden. Dies liegt daran, dass die natürlichen ECM-Proteine des Knochens und die Biomineralisierungseigenschaften des Knochengewebes ein natürlicheres Umfeld für die Zellen schaffen und dadurch ihr Verhalten verbessern können.
Eine kürzlich von Forschern des Izmir Institute of Technology, der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg und der Technischen Universität Dresden durchgeführte Studie hatte zum Ziel, eine minimale Bioink-Zusammensetzunh zu entwickeln, die aus GEL, DB-Partikeln und Zellen besteht, und die Auswirkungen verschiedener DB-Partikelgrößen und -konzentrationen innerhalb der GEL-Matrix auf das Zellverhalten zu untersuchen. In der Studie wurden die GEL/DB-Komposit-Bioink-Formulierungen mit Pre-Osteoblasten der Maus und mit menschlichen Telomerase-Reverse-Transkriptase-immortalisierten mesenchymalen Stammzellen getestet. Die Hypothese lautete, dass eine Verringerung der Partikelgröße die Druckbarkeit erhöhen, und dass sich das Zellverhalten mit einer höheren DB-Partikelkonzentration verbessern könnte.
Der BioScaffolder 3.1 von GeSiM wurde zur Herstellung von zylinderförmigen 3D-Hydrogelen mit Zellen verwendet. Die Bioinks wurden in die Kartusche des Bioprinters übertragen und durch die Düsen extrudiert, um die gewünschten 3D-Strukturen zu erzeugen. Anschließend wurde die Wirkung von DB-Partikeln unterschiedlicher Größe in zwei verschiedenen Bioink-Zusammensetzungen mit unterschiedlichen Zelltypen untersucht. Alle 3D-gedruckten zellbeladenen GEL/DB-Konstrukte wurden im Hinblick auf Zytokompatibilität, Bioaktivität und osteogene Differenzierung während einer 28-tägigen Kultivierung bewertet.
Schließlich zeigte diese Studie, dass eine GEL-Biotintenformulierung mit kleineren DB-Partikeln (45 μm) einen besseren 3D-Druck mit einer höheren Partikelkonzentration (10 %) ermöglichte und die Viskosität und Formtreue der Bioinks erhöhte, wodurch eine vielversprechende Zusammensetzung für 3D-Bioprinting-Anwendungen im Knochengewebe-Engineering entstand. Künftige Arbeiten könnten sich auf In-vivo-Studien und Genexpressionsanalysen konzentrieren, um die Funktionalität dieser Bioinks weiter zu bewerten.
Wir freuen uns über die Rolle des Bioscaffolder 3.1 von GeSiM in dieser Forschung, und das dieses Gerät die Plattform für das 3D-Bioprinting der Biotinten in zellbeladene Hydrogele lieferte. Dies unterstreicht die Bedeutung einer präzisen und zuverlässigen Biodruck-Technologie auf dem Gebiet der Biofabrikation.
Abbildung 1. Schematische Darstellung der Studie. (A) MC3T3-E1 Prä-Osteoblasten und hTERT-MSCs wurden für die Herstellung der Bioinks verwendet. (B) Das GEL wurde hergestellt und wärmebehandelt, um seine rheologischen Eigenschaften zu verbessern. (C) Zur Herstellung von gewebebasierten Additiven wurde tierisches Knochengewebe dezellularisiert, und durch Pulverisierung wurden Partikel in verschiedenen Größen (100 µm und 45 µm) gewonnen. (D) Für die Formulierung der Bioinks wurden Zellen, vorbehandeltes GEL und DB-Partikel gemischt, und (E) zellbeladene 3D-Konstrukte wurden mit der 3D-Bioprinting-Technik hergestellt. (Erstellt mit BioRender).
Dieser Beitrag basiert auf folgender Veröffentlichung:
Aylin Kara Özenler et al. 3D bioprinting of mouse pre-osteoblasts and human MSCs using bioinks consisting of gelatin and decellularized bone particles. Biofabrication. 2024,16. 025027. https://doi.org/10.1088/1758-5090/ad2c98
