$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Biozestawianie i biodrukowanie są uzupełniającymi sobą podejściami do biofabrykacji w inżynierii tkankowej, które koncentrują się na budowie złożonych tkanek i narządów w skali makroskopowej przy użyciu zautomatyzowanych technologii1,2,3,4.
Sferoidy zostały włączone do biofabrykacji jako elementy budowlane głównie dla podejść do biozestawiania5. Sferoidy są uważane za mikrotkany, które odtwarzają interakcje między komórkami a otaczającym mikrośrodowiskiem tkankowym in vivo. Wśród źródeł komórek używanych do tworzenia sferoydów, komórki macierzyste pochodzenia tkanki tłuszczowej (ADSC) wyróżniają się łatwością izolacji, długotrwałą utrzymaniem w hodowli i potencjałem różnicowania6,7,8.
Ze względu na swoją właściwą zdolność tworzenia większych agregatów, sferydy mogą generować bardziej złożone konstrukty tkankowe, gdy są poddawane podejściom do biozestawiania. Ta organizacja sterowana fuzją zwiększa potencjał regeneracyjny i różnicowania sferoydów komórek macierzystych9,10.
Biozestawianie sferoydów może być wspierane, a nawet kierowane przez biomateriały11, co sprawia, że ta strategia nadaje się do skalowalnej i zautomatyzowanej biofabrykacji12,13.
Istniejące strategie biofabrykacji można ogólnie podzielić na podejścia do zestawiania sferoydów bez szkieletu i układy biodruku osadzonych w żelach2,5,14. Metody bez szkieletu polegają wyłącznie na spontanicznej samozestawiającej się komórkach i fuzji między sferoidami, wykorzystując właściwe interakcje komórka-komórka. Jednak ponieważ występują bez zewnętrznego kierownictwa architektonicznego lub ograniczeń geometrycznych, te podejścia wykazują zmniejszoną kontrolę przestrzenną i niższą przewidywalność strukturalną5,15. W przeciwieństwie do nich, podejścia do enkapsulacji oparte na żelach osadzają komórki w macierzach masowych, aby zapewnić wsparcie strukturalne i wstępnie zdefiniowaną architekturę16,17, co może częściowo ograniczać bezpośredni kontakt komórka-komórka na wczesnych etapach fuzji i wpływać na dynamiki migracji komórek18. W tym ujęciu, drukowalne biomateriały takie jak Gelatin Methacryloyl (GelMA) zawierają motywy adhezji komórkowej i mogą funkcjonować jako szkielety, aby ułatwić biozestawianie sferoydów19. Hipotetyzuje się, że 3D-wydrukowany szkielet GelMA zapewnia ograniczenie geometryczne i przestrzenną kierownictwo dla sferoydów, promując w ten sposób kontrolowaną formowanie tkanek poprzez fuzję w większe, strukturalnie zdefiniowane konstrukty. Podejście to ma na celu poprawę kontroli przestrzennej i powtarzalności strukturalnej podczas biozestawiania sferoydów, łącząc organizację kierowaną szkieletem z fuzją sferoydów w ramach zdefiniowanej architektury żelu. Jednak obecny przepływ pracy koncentruje się na standaryzacji procesu i parametrach biofabrykacji strukturalnej i nie dotyczy długotrwałego dojrzewania tkanek, funkcjonalnego różnicowania ani dużej skali zautomatyzowanej produkcji.
Standaryzacja biologiczna jest niezbędna nie tylko dla zapewnienia powtarzalności i skalowalności, ale również dla zachowania funkcjonalnej integralności wytwarzanych biologicznie tkanek19,20. W związku z tym, precyzyjna kontrola parametrów inżynieryjnych, geometrycznych i strukturalnych jest krytyczna, ponieważ czynniki te mają bezpośredni wpływ na wydajność biologiczną, w tym na funkcjonowanie i dojrzewanie tkanek5,21. Przedstawiono zstandaryzowany i powtarzalny przepływ pracy biofabrykacji, obejmujący następujące kluczowe kroki: (1) hodowlę monowarstwową ASC; (2) tworzenie sferoydów ASC; (3) 3D drukowanie szkieletu GelMA; oraz (4) biozestawianie sferoydów (Rysunek 1). W ramach tego przepływu pracy ustalono obiektywne metryki kontroli jakości, w tym jednolitość i sferyczność sferoydów, wierność druku i integralność kształtu szkieletu.