Новый метод 3D-биопечати
Профессор Майкл Кюль из факультета биологии Копенгагенского университета(UCPH) и международная группа исследователей из Дрезденского технического университета (Tu Dresden), расположенного в Германии, разработали новый метод 3D-биопечати для наблюдения за сложными тканевыми структурами. Опубликованный в последнем издании научного журнала Advanced Functional Materials, данный метод использует биоинки, содержащие химические сенсорные частицы, которые обеспечивают неинвазивное отображение метаболической активности клеток, растущих в бионапечатанных конструкциях.
Структура 3D-печати, содержащая зеленые водоросли (Chlamydomonas), отображенные в гидрогеле.
Онлайн-наблюдение за активностью клеток.
Согласно исследованию, мониторинг роста клеток в биопечати 3D-структур имеет важное значение при оценке его активности и реакции на химические вещества. Биопечать совмещается с онлайн изображением кислорода “функционализирует бионик гидрогеля через присоединение зрительно святящихся наночастиц датчика.” Несмотря на это, метаболизм клетки в большой степени измеряется информацией с прилегающего участка конструкции или же разрушительными анализами образца. Разбирающийся в водной микробной экологии, профессор Кюль и группа исследователей, стремились решить проблему дефицита методов измерения биопечати, чтобы помочь упростить быструю оценку активности клеток в напечатанных конструкциях:
"ЖИВЫЕ КЛЕТКИ МОГУТ БЫТЬ 3D-НАПЕЧАТАННЫМИ В БИОСОВМЕСТИМЫХ ГЕЛЕВЫХ МАТЕРИАЛАХ (БИОИНКАХ), И ТАКАЯ 3D-БИОПЕЧАТЬ ЯВЛЯЕТСЯ БЫСТРО РАЗВИВАЮЩЕЙСЯ ОБЛАСТЬЮ, НАПРИМЕР, В БИОМЕДИЦИНСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ, ГДЕ СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ КУЛЬТИВИРУЮТСЯ В 3D-ПЕЧАТНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ, ИМИТИРУЮЩИХ СЛОЖНУЮ СТРУКТУРУ ТКАНИ И КОСТЕЙ.”
“Попытки провести оперативный мониторинг метаболической активности клеток, растущих в зараженные конструкциях; в настоящее время зависят, в большинстве своем, от разрушительных проведенных проб. Мы разработали запатентованное решение этой проблемы.” Создание нового функционализированного бионика. Столкнувшись с такой проблемой, исследователи разработали функционализированный bioink с люминесцентным чувствительным наночастицей кислорода в матрице печати. Исследователи объясняют, что "синий свет возбуждает наночастицы, они испускают красный люминесцентный свет пропорционально локальной концентрации кислорода-чем больше кислорода, тем меньше красная люминесценция.” Таким образом, с разделением красного свечения и кислорода, зараженные живые структуры могут быть отображены с системой видеонаблюдения. Исключив потребность в разрушительном анализе, этот процесс позволяет производить онлайн контроль и динамики распределения кислорода, который может быть отображен в росте и распределении клеток в 3D бионапечатанной конструкции. Этот метод способствует регенеративным исследованиям клеток, в которых используются 3D бионапечатанный клеточный каркас, поскольку он сохраняет “структурную комплексность и метаболическое взаимодействие в бионапечатанных смешанно-разновидных видах в условиях внешней инкубации." Профессор Кюль объяснил: "ВАЖНО, ЧТО ДОБАВЛЕНИЕ НАНОЧАСТИЦ НЕ ИЗМЕНЯЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БИОИНКА, НАПРИМЕР, ЧТОБЫ ИЗБЕЖАТЬ КЛЕТОЧНОГО СТРЕССА И ГИБЕЛИ В ПРОЦЕССЕ ПЕЧАТИ. НАНОЧАСТИЦЫ НЕ ДОЛЖНЫ ИНГИБИРОВАТЬ ИЛИ МЕШАТЬ КЛЕТКАМ. НАШ МЕТОД ПОКАЗЫВАЕТ ХОРОШУЮ БИОСОВМЕСТИМОСТЬ И МОЖЕТ БЫТЬ ИСПОЛЬЗОВАН КАК С МИКРОВОДОРОСЛЯМИ, ТАК И С ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМИ КЛЕТОЧНЫМИ ВОЛОКНАМИ ЧЕЛОВЕКА.” По словам профессора Кюля, 3D-биопечать с функционализированными биоинками - это новая мощная технология, которая может быть применена во многих других областях исследований, кроме биомедицины, таких как Биофотоника. Сейчас команда заинтересована в изучении новых форм сотрудничества и применения их разработок.
Сопоставление динамики О2 в 3D напечатанном клеточного каркасе и О2 чувствительных наночастиц, после того как при воздействии снижается уровень О2 в атмосфере инкубатора.
*Исследование доклада "Функционализированные бионики с оптическими сенсорными наночастицами для визуализации O2 в 3D-биопечати".
**Включенные изображения показывают 3Dнапечатанные структуры и изображения содержащие зеленые водоросли (Chlamydomonas) в гидрогеле. Фото от Anja Lode/TU Dresden.