Powoli, ale skutecznie, bioprinting zmienia krajobraz medyczny na wiele sposobów, od produkcji rusztowań na zamówienie do dosłownego wyhodowania organów z komórek macierzystych. A teraz, po tym najnowszym osiągnięciu, druk 3D stał się realnym narzędziem do produkcji skomplikowanych struktur tkanek z cukru. Właśnie tak, z cukru…
Zespół inżynierów z University of Illinois opracował drukarkę 3D, która może produkować cienkowarstwowe sieci z izomaltu – alkoholu cukrowego używanego do produkcji pastylek na gardło.
Badania obejmują materiały i mechanikę swobodnego drukowania izomaltu, czyli technikę, w której dysza podróżuje przez przestrzeń, podczas gdy rozpuszczony materiał zestala się. Podczas gdy inne rodzaje cukru są podatne na spalanie lub krystalizację podczas drukowania 3D, alkohol cukrowy izomalt działa znacznie bardziej wydajnie dla tego procesu.
Matthew Gelber, pierwszy autor odpowiedniej pracy badawczej, uważa, że drukarka 3D może być ostatecznie wykorzystana do projektowania struktur takich jak komórki i tkanki. Jednakże hodowla tkanek to tylko jedno z zastosowań nowej technologii, a w zasięgu wzroku zespołu znajdują się inne komercyjne aplikacje.
Nazywana swobodnym drukowaniem izomaltowym, technika wykorzystuje dyszę, która swobodnie przemieszcza się w przestrzeni zestalając rozpuszczone materiały. Gelber wyjaśnia:
„Inne rodzaje drukowania cukru zostały wcześniej zbadane, ale mają problemy z spalaniem lub krystalizacją cukru. alkohol cukrowy izomalt mógłby działać w zastosowaniach drukarskich i jest mniej podatny na spalanie lub krystalizację”. Po materiałach i mechanice, trzecim elementem była informatyka. Masz projekt rzeczy, którą chcesz zrobić; jak powiedzieć drukarce, żeby ją zrobiła? Jak wymyślić sekwencję drukowania tych wszystkich przecinających się filamentów, żeby się nie zawaliła?”.
Profesor Rohit Bhargava z Cancer Center at Illinois opisuje, że podstawową zaletą struktur swobodnych jest ich zdolność do wytwarzania cienkich rurek, które zawierają okrągłe przekroje. Wcześniej nie było to osiągalne w przypadku polimerów. Z kolei rozpuszczony cukier tworzy cylindryczne rurki i tunele, które przypominają naczynia krwionośne.
W celu stworzenia zoptymalizowanych tkanek projektowych i wyznaczenia ścieżek drukowania, naukowcy współpracowali z Gregiem Hurstem z Wolfram Research nad algorytmem. Po rozpuszczeniu cukru powstaje seria połączonych ze sobą cylindrycznych rurek przypominających naczynia krwionośne, co umożliwia transport składników odżywczych w tkankach lub tworzenie kanałów w urządzeniach mikrofluidycznych.
Na dodatek, system pozwala również na dokładniejszą kontrolę nad właściwościami mechanicznymi każdej części. Bhargava wyjaśnia:
„Na przykład wydrukowaliśmy króliczka. Moglibyśmy w zasadzie zmienić właściwości mechaniczne ogona króliczka, aby był inny niż jego grzbiet, a jednocześnie był inny niż uszy. Jest to bardzo ważne z biologicznego punktu widzenia. W druku warstwa po warstwie masz ten sam materiał i osadzasz tę samą ilość, więc bardzo trudno jest dostosować właściwości mechaniczne.
Nie trzeba dodawać, że to ostatnie osiągnięcie z University of Illinois może stać się zmiennikiem w krajobrazie medycznym, prezentując różne możliwe zastosowania, takie jak opracowanie rusztowań do wzrostu tkanki badanych guzów.
Żródło: https://all3dp.com
