Молекулярно расщепляемые биочернила облегчают
Nature Communications, том 13, номер статьи: 3317 (2022) Цитировать эту статью
8671 Доступов
26 цитат
21 Альтметрика
Подробности о метриках
Биопечать с цифровой обработкой света способствует биопроизводству тканей с улучшенной структурной сложностью. Тем не менее, изготовление мягких тканей с помощью этого метода остается проблемой, позволяющей сбалансировать физические характеристики биочернил для высокоточной биопечати и подходящую микросреду для процветания инкапсулированных клеток. Здесь мы предлагаем подход молекулярного расщепления, при котором метакрилат гиалуроновой кислоты (HAMA) смешивается с метакрилоилом желатина для достижения высокоэффективной биопечати с последующим селективным ферментативным расщеплением HAMA, что приводит к получению механических свойств, соответствующих тканям, без потери структурной сложности и точности. . Наш метод позволяет улучшить клеточные морфологические и функциональные улучшения во многих типах биопечатных тканей с широким диапазоном механической жесткости, от мышц до мозга, самого мягкого органа человеческого тела. Эта платформа позволяет нам создавать механически точно настраиваемые конструкции, отвечающие требованиям биологических функций тканей-мишеней, что потенциально открывает путь для широкого применения в разработке тканей и моделей тканей.
Аддитивное биопроизводство, широко известное как трехмерная (3D) биопечать, привлекает постоянно растущее внимание в области биопроизводства тканей для различных применений1,2,3,4,5. В частности, необходима правильная интеграция 3D-биопечати с тщательно разработанными биочернилами для удовлетворения многофакторных механических и физиологических требований, оптимизированных для создания тканей. На сегодняшний день достигнут значительный прогресс в создании структурно сложных конструкций, имеющих форму и геометрию, имитирующую ткани, с использованием различных методов 3D-биопечати6,7. Примечательно, что 3D-биопечать с использованием подхода, основанного на цифровой светообработке (DLP), часто демонстрирует превосходные характеристики как с точки зрения скорости печати, так и с точки зрения структурной сложности по сравнению с другими методами биопечати, такими как методы, основанные на экструзии8,9,10. Например, недавно сообщалось о биопечати гидрогелевых моделей дистальной конструкции, имитирующей легкие, и сосудоподобных конструкций, встроенных в микроканалы, среди прочего, с использованием (био)печати на основе DLP11.
Хотя структурная сложность играет жизненно важную роль в рекапитуляции тканей, физиологическое микроокружение также важно учитывать для достижения надлежащих тканеспецифичных функций12. Фактически, было проведено очень мало работ по оптимизации для разработки биочернил, пригодных для DLP-биопечати, которые должны отвечать механическим требованиям точности печати и одновременно удовлетворять биологические требования для загруженных типов клеток13. В частности, по-прежнему крайне сложно создать мягкие органы-имитаторы, такие как мозг и печень14. На самом деле, предпосылки разработки биочернил для биофабрикации мягких тканей обычно являются взаимоисключающими в различных методах биопечати. С одной стороны, биочернила с сильными механическими свойствами могут способствовать осаждению нитей при экструзионной биопечати или послойному подъему при DLP-биопечати15. Тем не менее, жесткие сети биочернил приводят к ограничению клеточных функций, включая, помимо прочего, распространение, пролиферацию и дифференцировку клеток, для клеток, которые имеют происхождение из мягких тканей16,17. С другой стороны, механические свойства биочернил, совместимых с клетками мягких тканей, обычно недостаточны для облегчения процесса биопечати, особенно когда желательны объемные конструкции9,18. Эта дилемма хорошо иллюстрируется огромным количеством существующих в настоящее время отчетов о биопечати DLP; Высокоточные, объемно сложные структуры с ограниченной биологической активностью можно получить, когда механика (био)чернил высока11, тогда как мягкие биочернила с хорошей клеточной активностью позволяют создавать только плоские или псевдо-3D тканевые конструкции19,20. Таким образом, отсутствие цитосовместимой, но механически настраиваемой конструкции биочернил остается основным препятствием для дальнейшего применения DLP-биопечати действительно трехмерных, структурно и биологически значимых тканевых конструкций.