Когда дело доходит до 3D-биопечати сменных частей тела или других имплантированных предметов, используемый материал должен быть прочным, но гибким, а также биосовместимым. Согласно новому исследованию, пыльца подсолнечника может быть лучшим решением.
Ученые из сингапурского Наньянский технологический университет начали свое исследование с инкубации пыльцы подсолнечника в щелочном растворе в течение шести часов. Этот процесс преобразовал твердые зерна пыльцы в более мягкие (но все же твердые) частицы микрогеля. Затем эти частицы были смешаны с существующим гидрогелем, таким как натуральный альгинат или гиалуроновая кислота, что повысило прочность этого геля.
Чтобы протестировать получившиеся гибридные «биочернила», исследователи использовали их в 3D-печати пятислойного имплантируемого биокаркаса, который представляет собой трехмерную структуру, используемую для восстановления тканей в организме. Структура смогла устоять сама по себе, в отличие от предметов, сделанных из некоторых других био-чернил, которые слишком гибкие, чтобы поддерживать себя - это означает, что они должны быть напечатаны с поддерживающими структурами, которые впоследствии удаляются и выбрасываются, что увеличивает как время печати, так и потери материала.
Затем коллаген был добавлен в биокаркас (матрикс), чтобы обеспечить точки привязки для клеток ткани человека, которые были засеяны на структуру. Команда обнаружила, что биоскаркас на 96-97 процентов эффективен в удержании тех клеток, которые могут продолжать воспроизводиться и формировать новую биологическую ткань. Такая эффективность, как утверждается, аналогична эффективности платформ для 3D культур клеток, сделанных из инвертированных коллоидных кристаллических гидрогелей, создание которых требует значительно больше времени и усилий.
Кроме того, в отличие от некоторых других добавок, повышающих прочность, таких как волокна, частицы микрогеля пыльцы не забивали сопло 3D-принтера. Более того, поскольку частицы являются полыми, их можно использовать для транспортировки лекарств в организме, постепенно высвобождая их по мере растворения. Они могли бы даже быть начать растворяться в определенное время или в определенном месте внутри тела, если была бы введена кислота.
Тюбик с биочернилами, который может найти множество применений. Фото: Nanyang Technological University
«Путем настройки механических свойств пыльцы подсолнечника мы разработали гибридные чернила на основе пыльцы, которые можно использовать для печати структур с хорошей структурной целостностью», - говорит профессор Чо Нам-Джун, возглавлявший исследование вместе с доцентом Сонг Джуха. «Использование пыльцы для 3D-печати является значительным достижением, поскольку процесс создания чернил на основе пыльцы является устойчивым и доступным. Учитывая, что существует множество видов пыльцы с различными размерами, формами и свойствами поверхности, суспензии микрогелей пыльцы потенциально могут быть использованы для создания нового класса экологически чистых материалов для 3D-печати».
Исследование описано в статье, недавно опубликованной в журнале Advanced Functional Materials.
Источник: Nanyang Technological University / AlphaGalileo
