$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Celowe wzorowanie rozmieszczenia komórek umożliwia tworzenie kultur, które naśladują organizację komórkową in vivo 1. Rzeczywiście, badania nad interakcją między wieloma typami komórek mogą być wspomagane przez organizację ich przestrzennego rozmieszczenia2,3. Większość systemów modelowania opiera się na procedurach modyfikacji powierzchni w celu promowania lub zapobiegania adhezji komórek, a następnie pasywnemu osadzaniu komórek. Bioprinting zapewnia przestrzenną i czasową kontrolę nad rozmieszczeniem komórek1. Oprócz tych funkcji, bioprinting został opisany jako technicznie prosta, szybka i opłacalna metoda generowania geometrycznie złożonych rusztowań4. Wykorzystuje oprogramowanie do projektowania komputerowego i umożliwia wprowadzenie komórek do procesu produkcyjnego4.
Systemy biodruku zostały skategoryzowane na podstawie ich zasad działania jako oparte na laserze, na bazie atramentu lub na bazie ekstruzji4. Bioprinting ekstruzyjny został opisany jako najbardziej obiecujący, ponieważ pozwala na wytwarzanie zorganizowanych konstruktów o klinicznie istotnych rozmiarach w realistycznych ramach czasowych4-6. Odbywa się to poprzez mechaniczne lub wspomagane przeciwciśnieniowo wytłaczanie biotuszu hydrożelowego zawierającego komórkę. W przedstawionej tu metodzie zastosowano przeciwciśnienie. Jak wspomniano, komórki są dostarczane w biotuszu cytokompatybilnym. Taki biotusz powinien wspomagać dostarczanie komórek bez wytwarzania szkodliwych naprężeń ścinających i mieć wystarczającą lepkość, aby zachować integralność wydrukowanego śladu, bez zapadania się lub rozprzestrzeniania (określanego jako "wyciek atramentu")7-10.
Wiadomo, że interakcja komórek z przylegającą do nich powierzchnią wpływa na zachowanie komórek. Topografia powierzchni może kontrolować kształt komórki, orientację11, a nawet fenotyp. W szczególności wykazano, że wytwarzanie rowków i kanałów indukuje rozciągniętą, wydłużoną morfologię na wielu typach komórek. Stwierdzono, że przyjęcie tej morfologii wpływa na fenotyp komórek multipotencjalnych i pluripotencjalnych. Na przykład, po ustawieniu na rowkach, mezenchymalne komórki macierzyste (MSC) wykazują dowody na różnicowanie w kierunku kardiomiocytów12,13, a komórki mięśni gładkich naczyń przyjmują fenotyp kurczliwy w stosunku do syntetycznego10,14-17.
Kanały lub rowki wyrównujące komórki mogą być generowane na powierzchni polimerowej za pomocą wielu metod, na przykład głęboko reaktywnego trawienia jonowego, litografii wiązką elektronów, bezpośredniego druku laserowego, lasera femtosekundowego, fotolitografii i suchego trawienia plazmowego18. Podejścia te są często czasochłonne, wymagają złożonej aparatury i mogą być ograniczające pod względem kształtu generowanego wzoru. Ponadto nie synchronizują wzorcowania z bioprintingiem i nie pozwalają na natychmiastową komórkowość. Skoordynowany ruch zautomatyzowanego systemu dozowania może podążać za złożonymi wzorcami osadzania roztworów. Tutaj pokazujemy, w jaki sposób można wykorzystać ruch kontrolowany w mikroskali do tworzenia kanałów do orientacji komórek. Zaostrzony rysik lub skalpel jest przymocowany do głowicy drukującej zamiast strzykawki do wytłaczania, a sprzęt może następnie wytrawić powierzchnię polimeru pod kierunkiem oprogramowania do kreślenia. Metoda oferuje wszechstronność w projektowaniu wzorów i ma zastosowanie do materiałów polimerowych powszechnie stosowanych w bioinżynierii, takich jak polistyren, PTFE i polikaprolakton. Kolejnym krokiem do wytrawiania jest biodrukowanie komórek bezpośrednio na porysowanych rowkach. Zastosowany tutaj biotusz żelatynowy był w stanie zarówno utrzymać ślad, jak i umożliwić osadzonym komórkom wyczucie wytrawionych cech. Wykazano, że mezenchymalne komórki macierzyste biodrukowane na wytrawionych rowkach wydłużają się wzdłuż nich w wyraźnych liniach.