Bioimpresión omnidireccional cerámica en suspensiones cargadas de células para la generación de análogos óseos

Gagan Jalandhra; Sara Romanazzo; Stephanie Nemec; Iman Roohani; Kristopher A. Kilian

doi:10.3791/63943

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Artículo de método

Bioimpresión omnidireccional cerámica en suspensiones cargadas de células para la generación de análogos óseos

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DOI:

10.3791/63943

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8 de agosto de 2022

Gagan Jalandhra¹ , Sara Romanazzo² , Stephanie Nemec¹ , Iman Roohani³ , Kristopher A. Kilian¹^,²

¹School of Materials Science and Engineering, University of New South Wales, ²School of Chemistry, Australian Centre for NanoMedicine, University of New South Wales, ³School of Biomedical Engineering, University of Sydney

En este artículo

Resumen

Este protocolo describe una técnica de impresión 3D para fabricar estructuras similares a huesos depositando una tinta de fosfato de calcio en un soporte granular a base de gelatina. Los análogos óseos impresos se depositan en forma libre, con flexibilidad para la recolección directa de la impresión o la reticulación dentro de una matriz de células vivas para construcciones multifásicas.

Resumen

Estructuralmente, el tejido óseo es un compuesto inorgánico-orgánico que contiene células metabólicamente activas incrustadas dentro de una matriz jerárquica altamente mineralizada. Esta organización es difícil de replicar debido al entorno heterogéneo del hueso. La bioimpresión omnidireccional cerámica en suspensiones celulares (COBICS) es una técnica de bioimpresión basada en microgeles que replica de forma única la estructura mineral y celular del hueso. COBICS imprime construcciones complejas y biológicamente relevantes sin la necesidad de materiales de soporte de sacrificio o pasos de posprocesamiento severos (por ejemplo, radiación y sinterización a alta temperatura), que son dos de los mayores desafíos en la fabricación aditiva de construcciones miméticas óseas. Esta técnica se habilita a través de la extrusión de forma libre de una nueva tinta a base de fosfato de calcio dentro de una suspensión de microgel a base de gelatina. Las propiedades de límite elástico de la suspensión permiten la deposición y soportan la estructura ósea impresa. La reticulación UV y la nanoprecipitación luego lo "bloquean" en su lugar. La capacidad de imprimir cerámicas nanoestructuradas miméticas óseas dentro de biomateriales cargados de células proporciona control espaciotemporal sobre la macro y microarquitectura y facilita la fabricación en tiempo real de construcciones óseas complejas en entornos clínicos.

Introducción

El hueso tiene notables capacidades de regeneración como una de las pocas estructuras en el cuerpo que puede sanar recreando su composición celular normal, orientación y resistencia mecánica hasta un tamaño de defecto crítico, cuando la capacidad de curación endógena se ve comprometida¹. El hueso, junto con el cartílago y el ligamento, apoya y facilita el movimiento del cuerpo, al tiempo que almacena minerales y grasas y produce células sanguíneas. Como tejido conectivo duro y denso, el hueso está compuesto principalmente de una fase inorgánica, agua y material orgánico compuesto principalmente de fibras de colágeno². La....