Dalam proyek ini bioprinting volumetrik untuk pertama kalinya berhasil digabungkan dengan elektrowriting leleh. Ini menggabungkan kecepatan dan keramahan sel pencetakan volumetrik dengan kekuatan struktural yang diperlukan untuk membuat pembuluh darah fungsional. Studi oleh lab biofabrikasi Regenerative Medicine Center Utrecht (RMCU) diterbitkan hari ini di Advanced Materials.
Pencetakan volumetrik adalah teknik yang dirintis untuk bioprinting oleh lab biofabrikasi RMCU pada tahun 2019. Ini adalah teknik cepat, yang memungkinkan sel bertahan dalam proses pencetakan. Namun, karena jenis pencetakan ini dilakukan dalam gel yang ramah sel, cetakan yang dihasilkan secara struktural tidak terlalu bagus. Ini adalah masalah bagi pembuluh darah, yang harus mampu menahan tekanan dan tekukan tinggi. Untuk alasan ini, penggabungan bioprinting volumetrik dan elektrowriting leleh dilakukan.
Melt electrowriting adalah jenis pencetakan 3D yang sangat akurat yang bekerja dengan mengarahkan filamen tipis dari plastik cair (biodegradable). Itu mampu menghasilkan perancah rumit yang kuat secara mekanis dan mampu menangani gaya. Sisi negatifnya di sini adalah bahwa mereka tidak dapat dicetak dengan sel di sana secara langsung, karena melibatkan suhu tinggi. Oleh karena itu, bioprinting volumetrik digunakan di sini untuk memadatkan gel sarat sel ke perancah.
Bagaimana menggabungkan tulisan elektro dengan pencetakan volumetrik
Prosesnya dimulai dengan pembuatan scaffold berbentuk tabung menggunakan lelehan electrowriting. Ini kemudian direndam ke dalam vial dengan gel fotoaktif dan ditempatkan di bioprinter volumetrik. Pada prinsipnya, laser printer dapat secara selektif memadatkan gel yang berada di dalam, di atas, dan/atau di sekitar perancah.
Untuk melakukannya dengan benar, kami harus menempatkan perancah tepat di tengah botol. Penyimpangan apa pun dari pusat berarti cetakan volumetrik akan diimbangi. Tapi kami berhasil memusatkannya dengan sempurna dengan mencetak perancah pada mandril yang kami pasangkan ke vial.”
Gabriel Größbacher, Penulis Pertama
Dalam penelitian ini, Größbacher dan rekannya menguji berbagai ketebalan perancah, yang menghasilkan tabung yang kurang lebih kuat. Terakhir, mereka juga menguji berbagai penempatan gel bioprinted. Ini bisa ditempatkan di sisi dalam perancah, di dalam perancah itu sendiri atau di luarnya. Dengan menggunakan dua sel punca berlabel berbeda, tim mampu mencetak bukti prinsip pembuluh darah dengan dua lapis sel punca, dan sel epitel berbiji di tengah untuk menutupi lumen pembuluh.
Dari tabung ke kapal fungsional
Desainnya juga memungkinkan adanya lubang di sisi cetakan, memberikan kemungkinan permeabilitas pembuluh yang terkontrol agar darah dapat menjalankan fungsinya. Akhirnya, para peneliti juga menciptakan struktur yang lebih kompleks seperti pembuluh bercabang, dan bahkan pembuluh dengan katup vena yang berfungsi untuk mempertahankan aliran searah.
Größbacher: “Ini adalah bukti penelitian prinsip. Apa yang sekarang perlu kita lakukan adalah mengganti sel punca dengan sel fungsional yang merupakan bagian dari pembuluh darah nyata. Itu berarti menambahkan sel otot dan jaringan fibrosa di sekitar sel epitel. Tujuan kita sekarang adalah untuk mencetak pembuluh darah fungsional.”
Sumber:
Pusat Medis Universitas Utrecht
Referensi jurnal:
Größbacher, G., dkk. (2023) Pencetakan Volumetrik di Seluruh Lelehan Perancah Elektrotulis Membuat Konstruksi Kehidupan Multi-Material dengan Arsitektur dan Mekanika yang Dapat Disetel. Bahan Canggih. doi.org/10.1002/adma.202300756.