Przełomy w biotuszu i biodruku ekstruzyjnym otwierają niespotykane wcześniej drzwi w dziedzinie medycyny, prowadząc do nowatorskich metod regeneracji tkanek i przyspieszania gojenia. To nowatorskie podejście wykorzystuje mieszankę żywych komórek i substancji naturalnych, zwanych biotuszami, do konstruowania trójwymiarowych kształtów, które bardzo przypominają ludzkie tkanki i narządy i działają jak ludzkie tkanki i narządy. Dzięki precyzyjnej technice nakładania warstw znanej jako biodruk ekstruzyjny, biotusze torują drogę przełomowym metodom leczenia urazów i chorób, zwiastując nową erę medycyny spersonalizowanej i skuteczniejszych testów leków.
Kluczowe badanie opublikowane w Bioactive Materials podkreśla znaczący postęp w tej dziedzinie dzięki wspólnemu wysiłkowi dr Xiongbiao Chena i jego zespołu, w tym Abbasa Yazdiego, Xiaomana Duana, Amandy Zimmerling, dr Rezy Gharraei i dr Nitina Sharmy z Uniwersytetu Saskatchewan, a także Sanada Sweilema i dr Liqun Ning z Cleveland State University. Ich badania pokazują potencjalne zastosowanie biotuszy i biodruku metodą ekstruzji, przesuwając granice możliwości w inżynierii tkankowej i medycynie regeneracyjnej.
Biodruk ekstruzyjny wyróżnia się jako kluczową technikę precyzyjnego nakładania biotuszy, warstwa po warstwie, w celu utworzenia struktur, które mogą radykalnie zmienić leczenie i naprawę uszkodzeń tkanek i narządów. Metoda ta daje nadzieję nie tylko na odbudowę uszkodzonej skóry, chrząstki, kości, nerwów i bardziej złożonych narządów, ale także stanowi nowatorską metodę opracowywania modeli tkanek w laboratorium. „Biodruk ekstruzyjny umożliwia nam tworzenie złożonych, warstwowych struktur niezbędnych do wytwarzania funkcjonalnych tkanek” – wyjaśnia dr Chen.
W badaniu szczegółowo zbadano najważniejsze cechy, jakie biotusze muszą posiadać, aby umożliwić skuteczny biodruk, podkreślając potrzebę odpowiednich właściwości fizycznych, płynięcia, strukturalnych i biologicznych. Dr Chen zauważa: “Właściwości płynięcia biotuszy odgrywają decydującą rolę w ich przydatności do druku, bezpośrednio wpływając na powodzenie przedsięwzięcia biodruku. Nasze badanie ujawniło znaczenie biotuszy, które nie tylko zachowują swoją formę, ale także wspierają wzrost i transformację komórek.”
Przyjmując szerokie i innowacyjne podejście, badanie ma na celu sprostanie złożonym wymaganiom tkanek biodrukowanych. Zespół zbadał różne strategie, w tym modyfikowanie składu biotuszy w celu optymalizacji ich przepływu na potrzeby drukowania, tworzenie nowych biotuszy wzmacniających aktywność biologiczną oraz integrowanie komórek i czynników wzrostu w celu promowania rozwoju i regeneracji tkanek. Inicjatywy te mają na celu stworzenie biotuszy, które odpowiadają zarówno potrzebom strukturalnym, jak i biologicznym drukowanych tkanek, ułatwiając ich dojrzewanie i integrację po umieszczeniu w organizmie.
Badania dotyczą także wyzwań związanych z utrzymaniem właściwej konsystencji druku oraz zapewnieniem przetrwania i funkcjonalności komórek w drukowanych strukturach. Podkreśla rolę różnych materiałów – naturalnych, syntetycznych i hybrydowych – w tworzeniu biotuszy, z których każdy ma swój własny zestaw korzyści i ograniczeń w zakresie zgodności z ciałem, wytrzymałości i aktywności biologicznej. „Osiągnięcie równowagi między lepkością biotuszu a żywotnością komórek ma kluczowe znaczenie dla tworzenia funkcjonujących tkanek i narządów z biodrukiem” – zauważa dr Chen.
Co więcej, badanie wskazuje na ciągłe wyzwania związane z biodrukiem ekstruzyjnym, takie jak poprawa unaczynienia konstruktów i opracowanie biotuszy, które lepiej naśladują skomplikowane środowisko chemiczne naturalnych tkanek. „Usprawnienie tworzenia naczyń krwionośnych w strukturach poddanych biodrukowi to jedno z naszych największych wyzwań, wymagające innowacyjnych rozwiązań, które zapewnią, że tak zaprojektowane tkanki pozostaną żywotne i funkcjonalne w dłuższej perspektywie” – dodaje dr Chen. Podsumowując, badanie wyznacza progresywny program przyszłych badań nad biodrukiem przez wytłaczanie, wzywając do postępu w technologii biotuszu, metod drukowania i opracowywania konstrukcji po drukowaniu. W miarę ciągłego rozwoju tej dziedziny, wspólne wysiłki dr Chena i jego zespołu na Uniwersytecie Saskatchewan i Cleveland State University stworzyły solidny fundament, kierując społeczności naukowe i medyczne w stronę kolejnej fali rozwiązań niektórych z najbardziej złożonych wyzwań zdrowotnych, przed którymi stoimy dzisiaj.
ODNIESIENIE DO DZIENNIKA
XB Chen i in., „Bioactive Materials: Bioinks and Extrusion Bioprinting”, Bioactive Materials 28 (2023) 511–536. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2023.06.006.
