Una nuova tecnica di bioprinting drop-on-demand

I ricercatori sviluppano

Gli scienziati medici hanno compiuto enormi progressi nella bioprinting. La sola realtà che hanno fatto progressi abbastanza da sostenere i tessuti in un laboratorio, oltre a impiantarli nel corpo umano per un trattamento efficace, è sorprendente. Il mondo della stampa 3D e della bioprinting continua a crescere progressivamente mentre i ricercatori superano limiti e barriere. Ora, un team di ricerca ha sviluppato un nuovo metodo drop-on-demand per le cellule di bioprinting con un laser a nanosecondi a bassa energia e i loro risultati pubblicati in “Bioprinting delle cellule drop-on-demand tramite Laser Induced Side Transfer (LIST) “.

Crescere le cellule e mantenerle in vita è a dir poco difficile, che richiede la formulazione adeguata di materiali e tecniche di stampa; infatti, la maggior parte della tecnologia oggi non ha la capacità completa per la fabbricazione con bioinchiostri. La viscosità è un grosso problema poiché la maggior parte della bioprinting viene eseguita tramite ugelli. Questo tipo di tecnologia richiede una viscosità inferiore se le cellule fragili devono sopravvivere all’estrusione.

In questo studio, i ricercatori hanno introdotto la tecnica ELENCO, generando microbolle alla fine di un microcapillare di vetro. Questa azione provoca l’espulsione di un micro-jet riempito di cellule, in una direzione perpendicolare all’asse di irradiazione.

Panoramica dell’ELENCO (a) Rappresentazione schematica della vista laterale del bioprinting dell’ELENCO (a sinistra) e imaging indicativo ad alta velocità dell’espulsione del bio-inchiostro (a destra). L’estremità distale del capillare e il substrato sono stati identificati con numeri. (b) Schema dettagliato della configurazione di bioprinting ELENCO.

Sequenze di istantanee che mostrano l’evoluzione del micro-jet e la formazione di gocce per diverse energie laser. L’impulso laser era focalizzato nel punto centrale del capillare e 500 μm sopra la sua estremità distale.

Raffinando il processo, i ricercatori hanno notato le migliori condizioni per la bioprinting di una cellula endoteliale della vena ombelicale umana (HUVEC), con successo con una frequenza di ripetizione di 30Hz e una perdita minima di vitalità. L’impostazione dell’ELENCO automatizzato comprende:

Sistema di erogazione del raggio laser
Unità a richiesta
Sistema di visualizzazione micro-jet
Automazione e controllo MATLAB tramite un’interfaccia utente grafica (GUI)
Per ottimizzare la stampa, i ricercatori hanno sperimentato l’energia del laser, variandola da 90 μJ (ovvero soglia di espulsione) a 130 μJ. In questo specifico processo, i getti di bio-inchiostro sono stati considerati “meno energetici” e incapaci di penetrare nel substrato. In alcuni casi, le goccioline sono rimbalzate in termini di diminuzione di energia, con un comportamento di “schizzi” di energia maggiore esibito e diversi livelli di rilassamento che si verificano a vari angoli di contatto. Questo tipo di comportamento è stato scoperto anche nei micro-getti LIFT.

(a) La dipendenza della posizione anteriore del getto di bio-inchiostro dall’energia del laser. I simboli grigi rappresentano i punti dati e le linee nere rappresentano la curva con il piede migliore. N = 10 (per energia). (b) La dipendenza del volume delle goccioline (linea tratteggiata) e del diametro delle goccioline (linea continua) dall’energia del laser. N = 10 (per energia).

(a) Immagini al microscopio ottico di HUVEC stampati con ELENCO per varie energie laser. (b) Il numero di celle per goccia per varie energie laser.

In questo studio è stata utilizzata una distanza continua di 500 μm tra la posizione di messa a fuoco laser e l’estremità distale capillare, ma i ricercatori hanno suggerito che le prestazioni dell’ELENCO potrebbero essere ottimizzate meglio con la “regolazione fine” del parametro. Mentre le cellule erano ancora altamente vitali dopo la stampa, con una dimensione delle goccioline di 165 μm, i ricercatori hanno raccomandato ulteriori sperimentazioni con microcapillari più sottili o variazione della viscosità. LISTA è una tecnologia adattabile, ma la gamma e i problemi con la viscosità richiedono più studio.

“LIST è tecnicamente semplice e può favorire applicazioni di stampa 3D”, hanno concluso i ricercatori. “Può potenzialmente coprire un divario tecnologico nelle tecnologie di bioprinting, tra la stampa a getto d’inchiostro e LIFT, in quanto non solo può stampare bio-inchiostri ad alta viscosità ma anche supportare la stampa 3D di costrutti con dimensioni clinicamente rilevanti.”

(a, b) Immagini al microscopio a fluorescenza di celle stampate con ELENCO a 90 μJ. (c) Canali di imaging combinati, compresi i segni di etichettatura delle cellule generati dall’algoritmo. Le croci verdi indicano cellule vive e le croci rosse indicano cellule morte. (d) La dipendenza della vitalità della cella HUVEC dall’energia laser per post-stampa 0, 1 e 3 giorni.
Nd indica il numero di goccioline.

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