Biodruk 3D wykorzystuje substancje zwane biotuszami, zwykle zawierające komórki, które sprawiają, że organizm inicjuje reakcję mającą na celu regenerację tkanek. Biotusze muszą mieć odpowiednie właściwości mechaniczne i biologiczne, aby można było stosować je do zastosowań medycznych. Muszą być również biokompatybilne i biodegradowalne.
Czytaj też: W przyszłości zoperuje cię drukarka 3D. Ten robotyczny system jest wyjątkowy
Zespół uczonych z Korea Institute of Science and Technology (KIST) pod kierunkiem dr Song Soo-changa, stworzył pierwszy oparty na poli(organofosfazenie) hydrożel wrażliwy na temperaturę. Wykazano, że biotusz ten utrzymuje swoją strukturę fizyczną tylko poprzez kontrolę temperatury (bez fotoutwardzania), indukuje regenerację tkanek, a następnie po pewnym czasie ulega biodegradacji w organizmie. Szczegóły opublikowano w czasopiśmie Small.
Organy z drukarki 3D coraz bliżej
Obecne biotusze oparte na hydrożelach muszą przejść przez proces zwany fotoutwardzaniem, aby poprawić swoje właściwości mechaniczne po wydrukowaniu. To z kolei wiąże się z ryzykiem wystąpienia niekorzystnych efektów w organizmie człowieka, bo trzeba podziałać promieniowaniem UV lub chemikaliami.
Naukowcy z KIST opracowali całkiem nowy materiał wykorzystujący wrażliwy na temperaturę poli(organofosfazen), który w niskiej temperaturze istnieje w postaci płynnej, a wyższej zamienia się w ciało stałe. To pozwala na regenerację tkanek tylko poprzez kontrolę temperatury, czego nigdy wcześniej nie udało się osiągnąć. Minimalizuje tym samym ryzyko wystąpienia efektów immunologicznych w organizmie człowieka. Biotusz wykazuje także strukturę molekularną, która wchodzi w interakcje z czynnikami wzrostu, czyli białkami biorącymi udział w regeneracji tkanek.
Czytaj też: Druk 3D zapewni światu drugiego Vivaldiego? Tanie skrzypce mogą wiele zmienić na rynku
Naukowcy wydrukowali rusztowanie 3D z użyciem biotuszu zawierającego transformujący czynnik wzrostu beta 1 (TGF-β1) i białko morfogenetyczne kości-2 (BMP-2), które biorą udział w regeneracji tkanek. Uzyskane konstrukty wszczepiono do uszkodzonych kości szczurów. Komórki z otaczającej tkanki przenikały do rusztowania i zasiedlały ją, co prowadziło do regeneracji. Samo rusztowanie uległo biodegradacji w organizmie w ciągu 42 dni.
Zespół badawczy przekazał technologię termoczułego hydrożelu polifosfazenowego do NexGel Biotech Co, Ltd. w czerwcu 2022 roku, a rozwój produktów takich jak materiały do przeszczepu kości i wypełniacze kosmetyczne jest w toku. Ponieważ opracowany tym razem bioink ma inne właściwości fizyczne, prowadzone są badania uzupełniające w celu zastosowania go do regeneracji innych tkanek poza tkanką kostną i spodziewamy się, że w końcu będziemy mogli skomercjalizować biotusz dostosowany do każdej tkanki i organu. Dr Song Soo-Chang z KIST