วิศวกรรมเนื้อเยื่อมีศักยภาพในการปรับปรุงการรักษากระดูกที่ได้รับบาดเจ็บหรือเป็นโรค โดยใช้วัสดุชีวภาพจากสเต็มเซลล์ที่ช่วยส่งเสริมการซ่อมแซมเนื้อเยื่อ เป็นต้น การพิมพ์ชีวภาพสามมิติของวัสดุชีวภาพดังกล่าวสามารถสร้างโครงนั่งร้านที่ซับซ้อนซึ่งเลียนแบบกระดูกในองค์ประกอบ และสามารถปรับแต่งให้เข้ากับข้อบกพร่องของกระดูกเฉพาะของผู้ป่วยได้ อย่างไรก็ตาม
การพัฒนาหมึกชีวภาพที่เหมาะสมที่สุดเพื่อประดิษฐ์
สิ่งปลูกสร้างที่ฝังได้ที่มีชีวิตเหล่านี้ยังคงมีความท้าทายอย่างมาก นักวิจัยในโปรตุเกสได้พัฒนา bioink นาโนคอมโพสิตที่มีวัสดุออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่สั่งให้เซลล์ต้นกำเนิดเปลี่ยนเป็นเซลล์กระดูก พวกเขาแสดงให้เห็นถึงความสำเร็จในการพิมพ์ไบโออิงค์ลงในโครงสร้างที่บรรจุสเต็มเซลล์ โดยรายงานการค้นพบของพวกเขาในการ ผลิต ทางชีวภาพ
คุณลักษณะที่โดดเด่นของ bioink ใหม่นี้คือประกอบด้วยส่วนประกอบอินทรีย์และอนินทรีย์ของกระดูก João Mano ผู้เขียนอาวุโส หัวหน้ากลุ่มวิจัยCOMPASS แห่งมหาวิทยาลัย Aveiroอธิบาย “โดยธรรมชาติแล้ว โครงสร้างการสร้างเนื้อเยื่อกระดูกประกอบด้วยองค์ประกอบทางชีวโมเลกุลอินทรีย์และโครงสร้างนาโนอนินทรีย์ “ไบโออิงค์นาโนคอมโพสิตสรุปส่วนประกอบเหล่านี้”
สำหรับส่วนประกอบอินทรีย์ ทีมงานได้เลือกเจลาตินเมทาคริเลต (GelMA) ซึ่งเป็นอนุพันธ์ของคอลลาเจนที่ใช้สำหรับการพิมพ์ทางชีวภาพ 3 มิติ ซึ่งแสดงคุณสมบัติทางกลที่ปรับได้และความเข้ากันได้ทางชีวภาพ เจลาตินยังมีกลุ่มการทำงานที่สามารถยึดติดกับเซลล์ได้ เช่น สเต็มเซลล์
สำหรับส่วนที่เป็นอนินทรีย์ นักวิจัยได้ใช้อนุภาคนาโนซิลิกา
ที่มีเมโซพอรัสซึ่งทำหน้าที่ร่วมกับแคลเซียม ฟอสเฟต และเดกซาเมทาโซน (MSNCaPDex) แคลเซียมและฟอสเฟตไอออนส่งผลในเชิงบวกต่อการสะสมของเมทริกซ์ของกระดูกและการทำให้เป็นแร่ เช่นเดียวกับการกระตุ้นการสร้างความแตกต่างของกระดูก (ซึ่งเซลล์ต้นกำเนิดพัฒนาเป็นเซลล์กระดูก) ในขณะเดียวกัน Dexamethasone ก็ทำให้เกิดความแตกต่างของ osteogenic เช่นกัน พวกเขาทำ Bioink ที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพโดยการใส่ส่วนผสมของ GelMA/อนุภาคนาโนกับเซลล์ต้นกำเนิดจากไขกระดูกจากไขกระดูกของมนุษย์ (hBM-MSCs)
พิสูจน์ความสามารถในการพิมพ์ ในขั้นตอนแรกของการพิสูจน์แนวคิด Mano และเพื่อนร่วมงานได้แสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถพิมพ์โครงสร้าง 3 มิติที่เสถียรโดยใช้ GelMA พวกเขาใช้การพิมพ์ทางชีวภาพแบบอัดรีด 3 มิติเพื่อสร้างแผ่นดิสก์ขนาดเล็กจากสารละลาย 10% ของ GelMA ที่เตรียมที่อุณหภูมิ 37 °C จากนั้นจึงทำให้เย็นลงเพื่อเพิ่มความหนืด พวกเขาพบว่าการฟัก GelMA บนน้ำแข็งเป็นเวลา 5 นาที จากนั้นพิมพ์ที่ความดัน 65 kPa และความเร็ว 10 มม./วินาที สร้างโครงสร้าง 3 มิติด้วยรูปทรงที่กำหนดไว้อย่างสูง
กระบวนการพิมพ์ชีวภาพ อนุภาคนาโนซิลิกามีโซพอรัสทำหน้าที่ด้วยแคลเซียมและฟอสเฟตไอออน และบรรจุด้วยเดกซาเมทาโซนเพื่อสร้างอนุภาคนาโนที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพ สิ่งเหล่านี้รวมกับ GelMA และสเต็มเซลล์เพื่อสร้างไบโออิงค์นาโนคอมโพสิต ทีมงาน 3D พิมพ์ bioprint ลงในโครงสร้าง 3 มิติที่มีรูปร่างเหมือนแผ่นดิสก์ หลังจากการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการพิมพ์ GelMA นักวิจัยได้เพิ่ม MSNCaPDex (0.5%) เพื่อสร้าง bioink นาโนคอมโพสิต อนุภาคนาโนที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพควรปล่อยแคลเซียม ฟอสเฟต และซิลิเกตไอออน
ซึ่งทั้งหมดนี้เกี่ยวข้องกับการซ่อมแซมกระดูก
เพื่อทดสอบสิ่งนี้ พวกเขาประเมินฤทธิ์ทางชีวภาพของแผ่น GelMA ที่พิมพ์โดยมีและไม่มีอนุภาคนาโน หลังจากสามวันในของเหลวในร่างกายจำลอง
ในแผ่นไฮโดรเจลนาโนคอมโพสิต การทำแผนที่ของ Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่ามีซิลิกา แคลเซียม และแคลเซียมฟอสเฟตอะพาไทต์ที่มีลักษณะคล้ายกระดูก ในทางกลับกัน พบเพียงร่องรอยของแคลเซียมและฟอสฟอรัสในแผ่น GelMA ธรรมดา โดยไม่มีโครงสร้างที่คล้ายกับอะพาไทต์ FTIR spectroscopy และการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ยืนยันกิจกรรมการทำให้เป็นแร่ของไฮโดรเจลนาโนคอมโพสิต
“การมีอยู่ของไฮดรอกซีอะพาไทต์ที่สะสมอยู่ในหมึกชีวภาพนั้นมีค่ามาก เนื่องจากมันเป็นองค์ประกอบสำคัญของเนื้อเยื่อกระดูกที่มีชีวิตตามธรรมชาติ” Mano กล่าว “เป็นที่ทราบกันดีว่าการปรากฏตัวของมันมีผลดีต่อการงอกใหม่ของกระดูก โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับโครงสร้างที่ฝังในร่างกายเนื่องจากช่วยให้สามารถสร้างส่วนต่อประสานกระดูกและรากฟันเทียมได้ โดยที่ กระดูก de novoสะสมไว้กับไฮดรอกซีอะพาไทต์ จึงเป็นการปรับปรุงการเสื่อมสภาพของกระดูก”
ต่อไป นักวิจัยประเมินความมีชีวิตของเซลล์ต้นกำเนิดหลังการพิมพ์ทางชีวภาพ พวกเขาสังเกตเห็นว่าเซลล์ต้นกำเนิดยังคงมีชีวิตหลังจากเพาะเลี้ยงได้ 2 สัปดาห์ โดยมีกิจกรรมการเผาผลาญที่เสถียรและปริมาณ DNA เป็นเวลา 21 วัน ผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นว่าการพิมพ์ทางชีวภาพ 3 มิติหรือการห่อหุ้มใน GelMA ไม่ส่งผลกระทบต่อความมีชีวิตของเซลล์
การสร้างกระดูก หน้าที่อื่นของอนุภาคนาโนที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพคือการกระตุ้นให้เซลล์ต้นกำเนิดสร้างความแตกต่างในเซลล์กระดูก เพื่อประเมินคุณสมบัตินี้หลังการพิมพ์ทางชีวภาพ ทีมงานได้ตรวจสอบพฤติกรรมของเซลล์ต้นกำเนิดภายใน GelMA ที่ฟักในตัวกลาง (กลุ่มควบคุมเชิงลบ), GelMA ในสื่อสร้างกระดูก (กลุ่มควบคุมเชิงบวก) และ GelMA/MSNCaPDex ในอาหารพื้นฐาน
นักวิจัยประเมินไบโอมาร์คเกอร์สองตัวที่เกี่ยวข้องกับการสร้างกระดูก: โปรตีน morphogenetic ของกระดูก (BMP-2) และ osteocalcin หลังจาก 14 วัน ระดับ BPM-2 สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญสำหรับเซลล์ต้นกำเนิดในไฮโดรเจลนาโนคอมโพสิตมากกว่าในกลุ่มควบคุมอย่างใดอย่างหนึ่ง หลังจากผ่านไป 21 วัน ระดับ BMP-2 ในกลุ่มควบคุมเชิงบวกจะใกล้เคียงกับระดับนาโนคอมโพสิตที่พิมพ์ทางชีวภาพ กลุ่มควบคุมเชิงบวกและไฮโดรเจลนาโนคอมโพสิตแสดงระดับของ osteocalcin ที่คล้ายคลึงกัน ซึ่งทั้งสองสูงกว่ากลุ่มควบคุมเชิงลบ
Credit : parkerhousewallace.com partyservicedallas.com pastorsermontv.com planosycapacetes.com platterivergolf.com
