DLPバイオプリンティング技術に基づく光開始剤と光吸収剤の最適な比率の探索

出典: EFL Bio3Dプリンティングとバイオ製造

デジタル光処理 (DLP) バイオプリンティングでは、光開始剤 (PI) と光吸収剤 (UA) の両方が印刷の形成に重要な役割を果たします (図 1)。 PI は印刷プロセス中にフリーラジカルを生成し、バイオインクの光重合を開始します。ただし、PI から解離するフリーラジカルが多すぎると細胞が損傷し、PI 濃度が不十分な場合はバイオインクの光硬化の程度が制限され、印刷された構造の機械的特性と解像度に影響します。 UA は過剰な架橋を防ぎ、印刷解像度を向上させることができますが、過剰な UA は細胞に有毒となる可能性もあります。したがって、印刷性と最小限の細胞毒性のバランスをとる PI と UA の組み合わせを探求することが、バイオプリンティングにとって重要です。

図1 PIとUAの効果の模式図最近、米国ウェイクフォレスト医科大学のSang Jin Lee氏のチームは、細胞ベースのバイオプリンティングで最も一般的に使用されているPIとUAを比較して組み合わせ、最終的に印刷性と細胞活性の両方を考慮した組み合わせ比率をスクリーニングしました。関連論文「細胞ベースのデジタル光処理（DLP）バイオプリンティングのための光開始剤と紫外線吸収剤の組み合わせ」が、Biofabrication 誌に掲載されました。

まず、実験者は多くの PI を比較し、この実験の PI として LAP (0.2 w/v%) と Irgacure 2100 (0.5 w/v%) を選択しました。実験分析によると、LAP の印刷効果は Irgacure 2100 よりも優れており、各層に必要な硬化時間も大幅に短く、全体の印刷時間が大幅に短縮されます (図 2)。

図 2 PI の DLP 印刷の実現可能性 PI の細胞毒性を評価するために、C2C12 細胞株を 0.2 w/v% LAP を含む培地で培養し、さまざまな時点で細胞の生死染色を実施しました (図 3)。

図3 PIの細胞毒性評価その後、実験者は多くのUAの光吸収能力を比較し、最終的にこの実験のUAとしてR1800とR1888を選択しました。異なるフォトレジストが印刷精度に与える影響を評価するために、実験者は DLP 技術を使用して、異なるチャネル径を持つマルチチャネル構造を製造し、R1800 と R1888 の違いをテストしました (図 4)。実験結果によると、R1800 と R1888 の濃度が 0.5w/v% の場合、得られた印刷構造の精度が最も高くなります。

図 4 DLP 印刷されたスルーホール構造選択された UA の細胞毒性を評価するために、研究者らは、異なる濃度の R1800 と R1888 を含む培養培地で C2C12 細胞を培養しました (図 5)。 UA濃度が0.5%を超えると、R1888を含む培地での細胞増殖は、R1800を含む培地での細胞増殖よりも大幅に弱くなります。これは、印刷精度を確保しながら、R1800がUAに適していることを示しています。

図 5 UA の細胞毒性試験最後に、研究者らは、C2C12 細胞を含むバイオインクの DLP バイオプリンティングによって、PI/UA 比システムが細胞活性に与える影響を評価しました。研究者らは、細胞プリンティングに 4-PEGDA (8 w/v%)/LAP (0.2 w/v%)/R1800 (0.5 w/v%) の組成のバイオインクを使用しました。培養後 14 日間の C2C12 細胞の平均生存率は 90% を超えました (図 6)。最後に、研究者らは、灌流可能なチャネルを備えた複雑な心臓構造を構築することにより、この PI と UA の比率でバイオインクを DLP バイオプリンティングに使用することの実現可能性を調査しました (図 7)。

図 6 DLP 細胞印刷図 7 複雑な心臓の DLP 印刷要約すると、この研究では、細胞搭載バイオプリンティングで一般的に使用される PI と UA をスクリーニングして最適化し、基本的な機能に基づいて物理的、化学的、生物学的特性を評価しました。最終的に、印刷性と細胞毒性の両方を考慮した最適な PI/UA 比が得られました。このバイオインクの組み合わせは、組織工学アプリケーションで一定の可能性を秘めています。

ソース：
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1758-5090/abfd7a

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