Τα τρισδιάστατα εκτυπωμένα μοντέλα κυττάρων βρίσκονται επί του παρόντος στο προσκήνιο της ιατρικής έρευνας, χάρη στο γεγονός ότι η τρισδιάστατη εκτύπωση αρχίζει να γίνεται βασικό στοιχείο στην κατασκευή αντιγράφων εγγενών ιστών. Αν και έχει σημειωθεί σημαντική πρόοδος, εξακολουθούν να υπάρχουν πτυχές που απαιτούν προσοχή προκειμένου να αποκτηθούν πιο ρεαλιστικά μοντέλα που αντιπροσωπεύουν πιστά το περιβάλλον in vivo. Απομένει να γίνει πολλή δουλειά για την παραγωγή αποτελεσματικών υλικών που να είναι εκτυπώσιμα, σταθερά, να έχουν βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες και να ανταποκρίνονται στα επιθυμητά ερεθίσματα και έτσι να εισέλθουν στη νέα εποχή της 4D εκτύπωσης.
Νέος τρόπος παραγωγής μοντέλου αρτηρίας
Σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε από το Journal of Materials Chemistry B, η ερευνητική ομάδα Hybrid Biofunctional Materials του CIC biomaGUNE περιέγραψε τον τρόπο παραγωγής ενός μοντέλου αρτηρίας με κυκλικές επεκτατικές ιδιότητες και το οποίο είναι ικανό να μιμείται τις διαφορετικές φυσικές δυνάμεις και παράγοντες στρες που αντιμετωπίζουν τα κύτταρα υπό φυσιολογικές συνθήκες. . Η περιγραφόμενη τεχνική περιλαμβάνει τρισδιάστατα εκτυπωμένα κατασκευάσματα ιστού που ανταποκρίνονται σε ερεθίσματα, παρέχοντας έτσι μια τέταρτη διάσταση (4D). αυτό προσφέρει μια νέα προσέγγιση για την παραγωγή δυναμικών βιομοντέλων.
Η ερευνητική ομάδα επικεντρώθηκε στην ανάπτυξη εκτυπώσιμων υβριδικών υλικών που ανταποκρίνονται σε εξωτερικά ερεθίσματα προκειμένου να αναπαράγουν δυνάμεις που εμφανίζονται στις πνευμονικές αρτηρίες. «Τα αποτελέσματα που έχουν ληφθεί μέχρι στιγμής δείχνουν την καταλληλότητα της χρήσης τρισδιάστατης εκτύπωσης για τη δημιουργία τρισδιάστατων μοντέλων ιστού που βασίζονται σε αυτά τα υβριδικά βιομελάνια που περιλαμβάνουν νανοσωματίδια, υδρογέλες και κύτταρα ανθρώπινης προέλευσης», εξήγησε η ερευνήτρια Dorleta Jimenez de Aberasturi.
Τα στοιχεία του αρτηριακού τοιχώματος αναπαράγονται σε τρία στρώματα μέσω τρισδιάστατης εκτύπωσης. «Πολυμερή με νανοσωματίδια χρυσού που αντιδρούν στις αλλαγές θερμοκρασίας χρησιμοποιούνται για να αναπαραστήσουν τον εξωτερικό χιτώνα της αρτηρίας· τα λεία μυϊκά κύτταρα ενσωματωμένα σε μια εξωκυτταρική μήτρα αντιπροσωπεύουν τα μέσα του χιτώνα και τέλος μια μονοστοιβάδα ενδοθηλιακών κυττάρων ως τον έσω αρτηριακό χιτώνα», εξήγησε ο Δρ. Ο Jiménez de Aberasturi, στον οποίο πρόσφατα απονεμήθηκε το διάσημο Grant Ramón y Cajal από το Ισπανικό Υπουργείο Επιστήμης και Καινοτομίας.
Ο Δρ Malou Henriksen-Lacey, ερευνητής στο κέντρο και συν-συγγραφέας της μελέτης, πρόσθεσε ότι «η κυκλική διαστολή μπορεί να προκληθεί με τη συμπερίληψη πλασμονικών νανοσωματιδίων που αποκρίνονται στο φως ενσωματωμένα στο θερμοευαίσθητο μελάνι· αυτό επιφέρει αλλαγές στην κατάσταση ενυδάτωσης του ευαίσθητου στη θερμοκρασία πολυμερούς και επομένως στον όγκο του· με άλλα λόγια, λαμβάνει χώρα διέγερση on-off». Και αλλάζοντας τη σύνθεση του θερμοευαίσθητου πολυμερούς, μπορούν να προσαρμόσουν αποτελεσματικά τη θερμοκρασία μετάβασης και τη παλμικότητα της αρτηρίας.
Μια ρεαλιστική εναλλακτική στα παραδοσιακά μοντέλα για την εξερεύνηση θεραπευτικών ευκαιριών
Τόσο τα ευαίσθητα σε ερεθίσματα μελάνια που περιέχουν νανοσωματίδια χρυσού όσο και τα βιομελάνια που περιέχουν κύτταρα εμφανίζουν ιδιότητες κατάλληλες για εκτύπωση σε συνδυασμό με εξαιρετικά πορώδεις δομές, οι οποίες διευκολύνουν τη διάχυση θρεπτικών ουσιών, οξυγόνου και θερμότητας σε όλο το σύστημα. Πιο συγκεκριμένα, η εισαγωγή νανοσωματιδίων χρυσού σε πολυμερικά δίκτυα δίνει στο σύστημα πολυλειτουργικότητα και επιτρέπει επίσης μια απόκριση ερεθίσματος, επειδή η ακτινοβολία λέιζερ επιφέρει μια πολύ τοπική αύξηση της θερμοκρασίας χωρίς να καταστρέφονται τα κύτταρα, «καθώς η φυσιολογική θερμοκρασία δεν ξεπερνιέται, ” πρόσθεσε ο Jiménez de Aberasturi.