新しい写真を使用した 3D バイオプリンティング

npj 再生医療 第 8 巻、記事番号: 18 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

三次元 (3D) バイオプリンティングは、組織工学において細胞を搭載した構造物を作製するための非常に効果的な技術です。 しかし、細胞含有ヒドロゲルの架橋能力が低いため、正確で複雑な細胞含有ヒドロゲルの作製の多用途性は制限されています。 ここでは、メタクリル化ヒドロゲルを効率的に架橋する光ファイバー支援バイオプリンティング (OAB) プロセスを提案します。 光架橋技術に適切な処理条件を選択することにより、メタクリル化ゼラチン（Gelma）、コラーゲン、脱細胞化細胞外マトリックスなどの生体機能細胞を含む構造体を作製しました。 この方法を骨格筋再生に適用するために、細胞を含むGelmaコンストラクトを、C2C12とヒト脂肪幹細胞（hASC）の一軸整列を誘導できる地形的手がかりとOABプロセスを備えた機能的ノズルで処理しました。 従来の架橋法を使用してプリントされた細胞構築物と比較して、細胞を含むゲルマ構造では、有意に高い程度の細胞整列と筋原性活性が観察されました。 さらに、マウスモデルの体積筋欠損において、生体内再生の可能性が観察されました。 hASCを含む構築物は、地形的手がかりのない細胞構築物よりも、より大きな筋肉再生を有意に誘導した。 この結果に基づいて、新しく設計されたバイオプリンティングプロセスは、さまざまな組織工学用途向けの生体機能細胞を含む構造体の製造において非常に効果的であることが証明される可能性がある。

最近、自然の複雑な組織構造を模倣した細胞搭載足場が、電気流体力学、マイクロ流体、フォトリソグラフィーまたはソフトリソグラフィー、および三次元 (3D) バイオプリンティング プロセスなど、さまざまなボトムアップ法を使用して製造されています。 4,5。 多層技術によって実証された効率的な生産能力のおかげで、3D バイオプリンティングプロセスは組織工学用途に広く採用されています。 特に、さまざまなバイオインクの多彩な用途が大幅に研究されています6、7、8、9。

これまでに、バイオプリンティングを使用せずに機能が改善された組織工学的に作製された骨格筋の開発において、多くの有望な結果が得られてきました10,11。 しかし、バイオプリンティングを行わずに組織工学的に作製された骨格筋構築物の顕著な欠点は、患者固有の形状を作製するのが不十分であることである。 この問題を克服するには、印刷温度、空気圧、印刷速度、印刷された細胞の高い細胞生存率/増殖や表現型の分化/成熟など、適切な生物学的活性を備えた 3D 細胞構築物を作製するための架橋プロセスなどのさまざまなパラメーターを考慮する必要があります。 。

しかし、ノズルベースの押出プロセスには、ストラットサイズの解像度の制限、細胞を装填したストラットの細胞密度の抑制、細胞を装填したヒドロゲルの弱い機械的性質に起因する印刷適性の低さなど、いくつかの欠点があります。 細胞構築物を得るために、イオンと結合したいくつかの先進的なバイオインクが導入されています。 しかし、3D プリンティング技術を使用した機械的に安定した細胞搭載構造の製造は、プリンティング技術とバイオインク形成プロセスにおいて克服すべき課題として残っています 8,12,13。

最近、3D プリンティングプロセスを使用して得られる細胞を含むストラットの欠点を克服するために、印刷と組み合わせた in situ 光架橋プロセスを含むいくつかの架橋戦略が提案されています 8、14、15。 たとえば、機械的に安定したマイクロスケールの細胞を搭載したフィラメントを製造するには、コア/シェル ノズル システムを採用する印刷プロセスが必要です。このシステムでは、シェル領域のアルギン酸塩バイオインクが、光架橋された細胞を搭載したメタクリル化ゼラチンを保護する塩化カルシウム溶液で直ちに架橋されます。 （ゲルマ）コア内16,17。 さらに、同様の研究により、コア内に内皮細胞を含むゲルマが設計されたマイクロ流体チャネルを使用して、細胞を含むコア（ゲルマ）/シェル（アルギン酸ナトリウム）繊維が作製されている18。 さらに、バイオインクの粘度に依存せずに安定した印刷構造（マイクロスケールの格子や中空チューブ）を得るために、3D プリンターに接続された透明なキャピラリー同軸ノズルを使用したその場架橋法が導入されています8。