3Dプリントされた繊維/細胞/ハイドロゲル複合構造

3Dプリントされた繊維/細胞/ハイドロゲル複合構造
寄稿者: 雷奇和健康

生体外でのバイオニック組織の精密な構築は、損傷した臓器の修復にとって非常に重要です。細胞/ハイドロゲル構造の3次元成形は、生物学的3D印刷技術を使用して実現できます。ただし、ハイドロゲル材料の制限により、構築された3次元構造は通常、機械的特性が悪く、人間の組織の機械的要件を満たすことができません。一部の研究者は、注入法によってハイドロゲルと静電印刷された繊維グリッド構造を組み合わせ、ハイドロゲルの機械的特性を大幅に改善しました。ただし、この方法では、複雑な組織内の複数の材料と複数の細胞を正確に構築することはできません。

構造的に安定した多細胞活性組織を正確に構築するために、Ruijterら[1]は溶融静電印刷と細胞印刷技術を組み合わせ、一定の機械的強度と複数の細胞の正確な配置を備えた複合構造を印刷することに成功しました。図 1 は、繊維/ハイドロゲル/細胞複合印刷の原理を示しています。まず、溶融静電印刷プロセスを使用して、溶融ポリマーを電界力の作用下でミクロンのフィラメントに噴出させ、繊維サイズが 13 ミクロンのグリッドを準備します。次に、押し出し細胞印刷プロセスを使用して、必要な細胞と材料を印刷します。印刷された細胞/ハイドロゲルのサイズは 200 ~ 400 ミクロンです。図2は、2次元平面内での複数の細胞の精密な配置と、3次元構造内での複数の細胞の階層的配置を実現する複合プロセスを使用して作成された多細胞階層的複合構造を示しています。製造された複合構造は、制御可能な多孔性を有し、構造内部への酸素および栄養素の供給に役立ちます。機械試験の結果、繊維強化複合構造によりハイドロゲルの圧縮係数が大幅に向上することが示されました。さらにこの研究では、異なる静電印刷電圧振幅下で複合構造内の細胞活性が 90% 以上を維持し、28 日間の培養プロセス中、複合構造内の細胞が良好な活性と分化能力を維持していることが実証されました。


図1. 繊維/ハイドロゲル/細胞複合印刷プロセス


図2 多細胞複合構造 まとめると、溶融静電印刷と細胞印刷の複合プロセスにより、繊維と複数の細胞の制御可能な配置を実現できます。作成された繊維/細胞/ハイドロゲル複合構造は、優れた機械的強度、高い多孔性、高い細胞活性を備えており、複雑な再生組織の長期培養に役立ち、生体外組織の構築に新しい方法を提供します。

参考文献:
De Ruijter M、Ribeiro A、Dokter I、et al. 生体組織構造物の製造のための繊維メッシュとバイオインクの同時マイクロパターニング [J]。Advanced healthcare materials、2019、8(7): 1800418。

寄稿者: 雷其和建康 寄稿部署: 機械製造システム工学国家重点実験室

3D プリント、印刷、繊維、細胞、ハイドロゲル

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