נשימת רקמות: מדענים טייוואנים יצרו דיו סופר-נקבובי להדפסת איברים

הידרוג'לים חדשים המארגנים את עצמם מצ'יטוזן: הדפסת תלת-ממד יציבה בריכוז נמוך במיוחד

מדענים מהאוניברסיטה הלאומית של טייוואן פיתחו הידרוג'ל דינמי המבוסס על שתי נגזרות של צ'יטוזן - עם קבוצות גאלול וחומצה בורונית. החומר יוצר רשת כפולה המארגנת את עצמה, המאפשרת להדפיס בביטחון מבני תלת-ממד מורכבים בריכוז של 2 אחוזי משקל בלבד - נמוך פי כמה מזה של רוב הדיו הביולוגי הקיים.

החוקרים, בראשות פרופסור שאן-הוי שו, סינתזו שני צ'יטוזנים מהונדסים: CG (עם קבוצות גאלול) ו-CB (עם חומצה בורונית). בערבובם הם יוצרים קשרי אסטר בוראט דינמיים, המשלימים את הארגון העצמי הפיזי של כל רכיב בתמיסה.

מדידות ראולוגיות ופיזור קרני רנטגן בזווית קטנה הראו כי בנפרד CG ו-CB יוצרים אשכולות דמויי מוט. השילוב שלהם בהידרוג'ל CGB יוצר רשת פרקטלית קומפקטית עם סדר קצר-טווח משופר. זה מספק בו-זמנית דילול בגזירה (התנזלות בעת גזירה), ריפוי עצמי מהיר וחוזק מכני מספיק להדפסה ללא קריסה.

ההידרוג'ל מגיב לגלוקוז: קשרי הבורונט נשברים באופן הפיך בנוכחות סוכר, מה שפותח דרך למבנים "חכמים" המגיבים לסמנים ביולוגיים. החומר נשאר מבוסס כולו על צ'יטוזן - פוליסכריד טבעי עם תאימות ביולוגית מוכחת, יכולת פירוק ביולוגי ותכונות אנטי-מיקרוביאליות.

למה זה חשוב לאנשים הידרוג'לים מסורתיים להדפסה ביולוגית דורשים לעתים קרובות ריכוז גבוה של פולימר (5–20 אחוזי משקל), מה שפוגע בדיפוזיה של חומרים מזינים וחמצן לתאים בתוך המבנה. הידרוג'ל CGB החדש פועל בריכוז של 2 אחוזי משקל, תוך שמירה על תכולת מים גבוהה ונקבוביות הקרובה לרקמה אמיתית. זה מפשט יצירת מודלים מורכבים של איברים, רשתות כלי דם, מקבילי עור ושתלים.

יישומים פוטנציאליים:

• רפואה רגנרטיבית והנדסת רקמות;
• מתן תרופות עם בקרה לפי רמת גלוקוז (רלוונטי לסוכרת);
• מודלי רקמה מעבדתיים לבדיקת תרופות;
• תחבושות פצע "חכמות" המגיבות לדלקת.

מגבלות נכון לעכשיו העבודה מדגימה הדפסה במבחנה. יציבות ארוכת טווח באורגניזם חי, השפעה על תאים (ציטוטוקסיות, שגשוג) ויכולת הרחבה להדפסת מבנים גדולים דורשים מחקר נוסף. הרגישות לגלוקוז שימושית, אך עשויה לדרוש כוונון עדין ליישומים ספציפיים.

מה הלאה המחברים מתכננים לבדוק את הידרוג'ל CGB כדיו ביולוגי עם תאים חיים ולחקור את התנהגותו בתנאים המדמים סביבה פיזיולוגית. הצעד הבא הוא אופטימיזציה של ההרכב לשיפור החוזק והוספת קבוצות פונקציונליות אחרות.

הידרוג'לים מבוססי צ'יטוזן כבר מזמן מושכים תשומת לב בזכות זמינות חומר הגלם ובטיחותו. הרשת הדינמית הכפולה החדשה פותרת בעיה מרכזית בהדפסה ביולוגית תלת-ממדית - האיזון בין נזילות באקסטרוזיה ליציבות לאחר ההדפסה. אם הטכנולוגיה תתרחב, היא עשויה להאיץ משמעותית את המעבר מאבות טיפוס מעבדתיים למוצרים רפואיים אמיתיים.