Výzvy v biotisku tkání a nový přístup k regeneraci svalů
Bioprinting, tedy biotisk, i malých částí náhradních tkání čelí řadě výzev souvisejících s přesným znovuvytvořením jemné struktury přirozených tkání. Formování krevních cév, neboli vaskulatury, představuje obzvláště obtížnou otázku. V některých situacích, jako je obnova svalu po zranění, je možné tento problém částečně obejít. Dostatečná vaskulatura se v nově bioprintovaných konstrukcích vytvoří sama, jakmile se integrují se sousední existující tkání, pokud ovšem tyto konstrukce nejsou příliš rozsáhlé.
Další strukturální výzvou v oblasti svalové tkáně je uspořádání svalových vláken. Svalová tkáň funguje díky tomu, že její svalové buňky (myocyty) jsou vzájemně uspořádány. V této oblasti výzkumníci nyní informují o řešení této výzvy uspořádání pomocí elektrického pole. Tato nová zjištění naznačují, že výsledný bioprintovaný sval dokáže obnovit funkci u potkanů se zraněním.
Nový přístup k biotisku svalové tkáně
Bioprinting poskytuje nástroj pro konstruování živých tkáňových struktur, které napodobují strukturální organizaci nativních kosterních svalů. Dosavadní strategie biotisku však stále čelí potížím při reprodukci vysoce uspořádaných buněčných architektur uvnitř kosterních svalů. Tyto potíže jsou primárně způsobeny nízkým rozlišením tisku a omezenou schopností regulace mikroprostředí in situ.
V této souvislosti výzkumníci navrhují využít elektrické síly během procesu electrohydrodynamic (EHD) bioprinting k vyvolání orientace hydrogelu fibrin-alginate obsahujícího buňky in situ. Tento proces poskytuje nanostrukturální vedení zapouzdřeným buňkám pro tvorbu vysoce uspořádaných kosterních svalových konstrukcí.
Mechanismus uspořádání a výsledky
Bylo pozorováno, že náhodně rozmístěné agregáty fibrinového protofibrilu se při fázi takzvaného Taylor cone postupně protahovaly do jednotně uspořádaných nanovláken, když aplikované napětí vzrostlo na 3 kV. Tyto orientované fibrinové nanovlákna dále přímo ovlivňují in situ buněčné uspořádání podél dráhy EHD bioprinting. To usnadňuje volnou výrobu paralelně nebo obvodově uspořádaných svalových tkáňových konstrukcí in vitro.
Přídavek vodivých polymerů do hydrogelu fibrin-alginate propůjčuje EHD-bioprintovaným živým konstrukcím svalově specifickou vodivost a buněčnou organizaci. Tyto vlastnosti podporují myotube differentiation a maturation.
Funkční obnova v modelech zranění
Výsledné uspořádané a vodivé svalové konstrukce podpořily regeneraci svalů in situ v modelu zranění u potkanů a obnovily ztracené svalové funkce v oblastech defektů. Prezentovaná EHD bioprinting strategie pro hydrogel fibrin-alginate tak poskytuje všestrannou a jednoduchou platformu pro volnou výrobu vodivých, živých tkáňových konstrukcí s navrženým buněčným uspořádáním.