Hybrid 3D bioprinting of functionalized structures for tissue engineering

Doku mühendisliği, hasarlı dokuları yenilemek için yöntem ve teknolojiler geliştirmeyi amaçlayan disiplinler arası bir araştırma alanıdır. Doku oluşumunun uyarılması için insan mikro ortamında bulunan hücreler ve biyoaktif moleküllerin kullanılmasına dayanan birleşik bir biyomateryal platformudur. Bu nedenle, fonksiyonel bir doku eşleniği geliştirmek için konakçı dokunun biyokimyasal, biyofiziksel ve mekanik yönleri dahil olmak üzere çok sayıda faktör dikkate alınmalıdır. Travmalar, yaralanmalar ve yanıkların neden olduğu ciddi yaralarda veya deri kaybında insan vücudu dokuyu tüm işlevsellik ve özelliklerle tam olarak yenileyemez. Bu nedenlere gereksinim duyulan deri nakilleri, küresel olarak sağlık sistemi için bir yüktür. Zayıf mekanik özellikler, yara izi, gecikmiş hücre ve biyomolekül infiltrasyonu ve vaskülarizasyonun olmaması, deri yenilenmesi için halen ele alınması gereken ana zorluklardır. Üç boyutlu (3B) biyobasım, yani eklemeli imalat (AM) olarak da bilinen katmanlı imalat yöntemi, biyomalzemelerin bilgisayar destekli tasarım (CAD) modelleri kullanılarak istenen geometride kontrollü olarak yerleştirilebilmesi ile altın standart bir teknik olarak kabul edilir. Biyomalzemelerin seçilmesi ve mimari tasarımın geliştirilmesi ile birlikte, 3D biyobasım, fonksiyonel doku rejenerasyonuna doğru uzun ve karmaşık yolculuğu kolaylaştırabilir. Bu bağlamda, doğal hücre dışı matrisi (ECM) taklit eden küçük liflerin üretimi, iyi mekanik ve biyokimyasal özelliklere sahip işlevsel malzeme seçimi, işlevselliği artırmak için biyoaktif moleküllerin malzemeye dahil edilmesi ve bu malzemenin basılabilirliği, başarılı iskele üretiminin ön koşul faktörleridir. Bu çalışmada, özellikle cilt dokusu mühendisliği için işlevselleştirilmiş yapılar için yenilikçi hibrit 3B biyo-basım yöntemleri geliştirildi. Bu çerçevede, ilk olarak, özel bir 3B basım işlemi olan eriyik-elektro basım (3B-MEW) parametrelerinin fiber çapı üzerindeki etkisini, yanıt yüzey metodolojisini (RSM) tahmin aracı olarak kullanarak optimize edildi. Daha sonra polikaprolaktonu (PCL) biyobozunma oranı ve hidrofilikliğini artırmak için polipropilen süksinat ile kopolimerize edildi ve antibakteriyel özellikleri indüklemek için gümüş nitrat eklendi ve son olarak ekstrüzyon tabanlı bir yazıcı kullanılarak 3 boyutlu yazdırıldı. Karmaşık yapıda hidrojel iskelelerinin 3D biyo-basım hazırlamak için, sırasıyla reolojik modifiye edici ve stabilizatör olarak Laponite RDS ve kalsiyum klorürün dahil edilmesiyle formüle edilen Pluronic PF127'ye dayalı bir kompozit destek banyosu sistemi kullanıldı. Destek banyosunun reolojik özellikleri, destek banyosu içine bir ekstrüzyon sistemi aracılığıyla karmaşık hidrojel yapılarının biyo-basım yapılmasını ve yüksek derecede geri kazanılabilirliğini kolaylaştıran tiksotropik davranış gösterdi. Ardından, deri eşlenik dokusu için hibrit MEW-hidrojel iskele yapısı üretildi. Bu bağlamda ilk olarak MEW ile üretilen iskelelerinin geometrisinin damarlanma için kordon benzeri yapı oluşumuna etkisi 0-90 ve 60-120 derece yönelimlere ve bal peteği şekline sahip farklı ağ iskeleleri kullanılarak araştırıldı. Üretilen PCL iskelelerinin içine hücre yüklü jelatin hidrojeller sızdırılarak hibrit yapı oluşturuldu ve sonuçlar, daha iyi mekanik ve in vitro özellikler için petek yapısının potansiyelini ortaya koydu. Son aşamada, yara iyileşmesi için işlevselleştirilmiş bir hibrit MEW-hidrojel iskelesi üretildi. PCL-biyoaktif camın işlevselleştirilmiş bir ağ yapısı, MEW aracılığıyla yaratıldı ve fibroblast ve vasküler endotel büyüme faktörlerini içeren bir jelatin hidrojel, ağlı yapı iskelesi içine dökülerek çapraz bağladı. Hibrit yapı iskeletlerinin in vivo implantasyonu, yara kapanması ve histolojik değerlendirmeye göre iyileşmiş parçaların hızlanması ve işlevselliği için umut verici sonuçlar gösterdi.