Kanadischer 3D-Bioprinter druckt Patches für tiefe Hautwunden

Ein tragbarer Bioprinter wiegt nur 997 Gramm.

Forscher der University of Toronto haben einen 3D-Bioprinter entwickelt, mit dem Biomaterialstreifen gedruckt werden können, um tiefe Wunden auf der Haut zu heilen. Das tragbare Gerät liegt in Ihrer Hand und wiegt 997 Gramm. Er kann in wenigen Minuten ein 2 cm breites Hautpflaster drucken.

Versuche mit dem 3D-Bioprinter wurden an großen und kleinen Tieren durchgeführt: Dazu wurde eine Wunde von 20 × 40 mm Größe auf der Haut eines Tieres ausgeschnitten, ein Agarosesubstrat hergestellt, wonach eine Schicht aus bedrucktem Biomaterial aufgebracht wurde.

Materialien und Methoden



Die obige Abbildung zeigt ein Diagramm, das den Bioprinting-Prozess zeigt. Die Zellen werden in einer Hydrogel-Lösung suspendiert. Dann werden sie mit einer (oder gegebenenfalls mehreren) Spritzen gefüllt. Eine andere Spritze enthält eine Lösung, die Vernetzungen bildet (in Abbildung a blau dargestellt). Diese Lösung fördert unter moderaten Bedingungen (d. H. Bei natürlichem pH und Körpertemperatur) die Umwandlung der Biopolymerlösung in ein Gel.

Nach dem Einbau der gefüllten Spritzen in einen manuellen Biodrucker wird Biotinte als biologisches Material oder Gewebeschicht auf einen Kulturbecher oder direkt auf die Oberfläche der Wunde aufgetragen. Beispielsweise kann Biotinte, die menschlichen Fibroblasten enthält, mit einer Dicke von 0,1 bis 0,6 mm gleichmäßig in der Hautschicht verteilt sein. Keratinozyten enthaltende Bio-Tinte können in parallelen Streifen aufgetragen werden, die durch zellfreie Streifen getrennt sind, was einer epithelialen Netzhauttransplantation ähnelt.

Mikrofluidikpatrone

Der Hauptteil des Instruments ist eine Mikrofluidikpatrone aus einem durchscheinenden Polymer. Es wurde auf einem 3D-Drucker erstellt. Die Patrone bietet eine gleichmäßige seitliche Verteilung von mindestens zwei Lösungen in Mikrokanalnetzwerken, die sich in getrennten Ebenen befinden. Die Patrone hat 8, 14 und 20 mm breite Öffnungen.

Agarosesubstratzubereitung

Eine Lösung von 2% Agarose in entionisiertem Wasser wird durch Erhitzen mit Mikrowellenstrahlung hergestellt. Die Lösung wird auf 60 ° C abgekühlt, bevor sie auf sterile Petrischalen gegossen wird, was zur Bildung einer 3 mm dicken Gelschicht führt. Das Gel härtet in 30 Minuten bei Raumtemperatur aus.

Bio-Tintenvorbereitung

Forscher haben Bio-Tinte mit drei verschiedenen Verbindungen hergestellt.

1. Für Alginatkollagenschichten: Natriumalginat wurde in DMEM und 20 mmol / l HEPES gelöst und unter Verwendung eines 0,1 & mgr; m-Spritzenmikrofilters filtriert. Typ 1-Kollagen wurde mit 1 g / mol NaOH in phosphatgepufferter Salzlösung (PBS) auf pH 7 ausgeglichen. Die zwei Stammlösungen wurden gemischt, um eine Konzentration von 5 mg / ml Kollagen Typ 1 und 2% Alginat zu erhalten. Die Lösung wurde vor der Verwendung auf Eis gehalten.

2. Bio-Tinte für die Hautschicht: 5% Fibrinogen wurden bei 37 ° C in PBS unter mäßigem Rühren 2 Stunden lang gelöst. 1% Hyaluronsäure wurde in PBS gelöst. Die Lösungen wurden im Verhältnis 1: 1 gemischt und dann filtriert. Eine Kollagenlösung vom Typ 1 wurde mit NaOH auf pH 7 ausgeglichen und mit einer filtrierten Fibrin / Hyaluronsäure-Lösung gemischt, um eine Konzentration von 1,25% Fibrinogen, 0,25% Hyaluronsäure und 0,25% Kollagen zu erhalten. Die Lösung wurde vor der Verwendung auf Eis gehalten.

3. Bio-Tinte für die Epidermisschicht: hergestellt mit einer Gesamtkonzentration von 2,5% Fibrinogen und 0,25% Hyaluronsäure.


Vor und nach dem Auftragen der Tinte (Abbildung f)

Das Geräteentwicklungsteam hofft, dass das Gerät eines Tages in einem klinischen Umfeld eingesetzt wird, um die Behandlung von Verbrennungen und anderen schweren Hautläsionen zu verbessern.
Den vollständigen Text der Arbeit finden Sie hier .

Ein ähnliches Gerät wurde bereits 2017 von koreanischen Wissenschaftlern entwickelt. Es war ein 3D-Bioprinter, der Biomaterial druckte , das in seiner Zusammensetzung stark der menschlichen Haut ähnelte, aber die Kosten für dieses Material waren 50-mal billiger als die für Analoga. Die Haut wurde auf Basis von Kollagenmaterial und Polyprolacton hergestellt und zwei Wochen gereift.

Wissenschaftler aus Australien haben einen 3D-gedruckten Bio-Stift entwickelt , mit dem Knorpelgewebe direkt auf beschädigte Körperbereiche gedruckt werden kann: Knochen, Sehnen oder Muskeln. Das Biomaterial wurde aus Hydrogel- und Stammzellen hergestellt. Die Zusammensetzung wurde mit ultravioletter Strahlung behandelt.

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