周期的な加熱と冷却法による 3D バイオプリンティング用の半相互浸透ネットワークバイオインクを開発中!

この投稿はCoco Bearによって2022-4-18 22:44に最後に編集されました。

はじめに：近年、複雑な三次元生理学的微小環境の構築における 3D プリンティングの開発が大きな注目を集めています。しかし、3Dプリントの押し出し工程において、細胞に無害で、かつ高い成形精度を有するバイオインクを提供することは非常に困難です。バイオインクは、印刷のための物理的要件と化学的要件の両方を満たす必要があり、カプセル化された細胞にとって理想的な環境を提供する必要があります。バイオインクの現在の研究開発は、依然として大きな課題です。

2022年4月、Antarctic Bearは、杭州典子大学の研究者が、アルギン酸塩/ゼラチン材料に一般的に適用可能な半浸透ネットワークバイオインクのせん断減粘特性を改善する技術を開発したことを知りました。研究内容と成果を見てみましょう！

杭州典子大学の研究チームが周期的な加熱と冷却法を使用して作成した半相互浸透ネットワークバイオインクは、優れたせん断減粘性を備えており、スキャフォールドの精度を犠牲にすることなく細胞損傷を軽減できます。印刷後の細胞生存率は 15% 以上増加し、この材料を準備する実現可能性が検証されました。さらに、バイオインクの低分子量と広い分子量分布は、細胞の均一な分布とクラスター内の細胞の増殖も促進しました。この研究では、半IPNバイオインクの分子パラメータが印刷性能に与える影響を明らかにし、細胞活動を調査して、さまざまなバイオインクと組み合わせてシミュレートされた細胞外マトリックスを構築するために広く使用できることを実証しました。

研究チームは、加熱と冷却を繰り返す方法でバイオインクを調製し、バイオインクの実験的性能テストを実施しました。バイオインクの印刷されたスキャフォールドのスペクトル分析、レオロジー特性、および物理的特性を次の図に示します。

△生物活性が高く精密な構造を作製できる方法

△ 加熱・冷却サイクルを繰り返した後のバイオインクの FTIR 分析

△バイオインクの相対分子量とレオロジー特性。 (A) SA/GA、SA/GB、SA/GC の分子量分布。(B) ゲルゾルの相転移温度。(C) 粘度-せん断速度図。(D) バイオインクのチキソトロピー。(E) せん断減粘メカニズムの模式図。

△バイオインクで印刷した足場の物理的特性

細胞活動はスキャフォールド細胞の増殖、分化、タンパク質発現能力に直接影響するため、印刷中および印刷後の細胞生存率の影響を研究することが重要です。バイオインクが細胞の行動に与える影響を調べるために、研究者らは細胞の分布、細胞の生存、移動を分析した。研究者らは、開発されたインクの細胞適合性などの特性も研究した。分析により、循環加熱冷却処理により、広い分子量分布を持つ SA/GC バイオインクを調製できることがわかります。さらに、このバイオインクの相対的な分子量は小さくなり、細胞の均一な分布を促進します。この半相互浸透ネットワークバイオインクはせん断感度が高く、押し出しプロセスによる損傷を軽減でき、相互接続された多孔質構造により細胞増殖のためのスペースが確保されます。

△細胞生存への影響を研究する

研究者らは、押し出しバイオ3Dプリント後の印刷精度と細胞生存率を向上させるために、加熱冷却サイクルの数を制御し、長い分子鎖の長さと柔軟性を変更することで分子鎖の再編成と再構築を実現する、せん断に非常に敏感な半相互浸透ネットワークバイオインクの開発方法を提案しました。分子レベルでの変化はバイオインクの物理化学的特性を変えます。この研究の意義は次のとおりです。

▪この方法により、高せん断流動性バイオインクが調製され、細胞生存率と細胞分布が改善されただけでなく、細胞増殖も促進されました。

▪材料の分子構造から始めて、 3次元細胞印刷を導くことは、3Dプリンティングにとって非常に重要です。バイオインクは印刷精度と細胞活性を向上させますが、細胞分化、タンパク質発現、軟骨修復についてはさらなる調査が必要です。

さらに、本研究で採用された方法と原理は、組織再生の発展に有益な押し出しベースの 3D バイオプリンティングポリマーの研究にとって指導的な意義を持っています。

詳細については、元の記事をダウンロードしてください：https://doi.org/10.1038/s41598-022-10338-1

周期的な加熱と冷却法による 3D バイオプリンティング用の半相互浸透ネットワークバイオインクを開発中!

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