Translasyonel araştırmalarda, in vivo ortamı yakından kopyalayan 3D in vitro modeller oluşturmak, bilimsel anlayışı ve terapötik gelişimi ilerletmek için çok önemlidir1. Bunları oluşturmada önemli bir bileşen, doğal dokuların karmaşıklıklarını daha iyi yansıtan Çözünür Bazal Membran Ekstraktları (SBM'ler) gibi hücre dışı matris (ECM) analoglarının kullanılmasıdır. SBM'ler, doku mühendisliğinden ilaç testine kadar çeşitli araştırma alanlarında özellikle değerlidir 2,3. Özellikle, tümör mikro çevresinin mekanik ve biyokimyasal özelliklerini kopyaladıkları ve tümör büyümesini, metastazı ve tedavi yanıtlarını daha iyi yansıtan modellerin geliştirilmesini sağladıkları için kanser araştırmalarında temel hale gelmişlerdir.
Gerçekten de, son birkaç on yıldaki önemli ilerlemelere rağmen, birçok tedavi başarısız olmaya devam etmekte ve bu da klinik ortamlarda sık sık tedavi başarısızlığına yol açmaktadır. Bu başarısızlık genellikle yüksek seviyelerde hücre heterojenliğininneden olduğu ilaç direnç mekanizmalarına atfedilir 4,5. İnsan tümörlerinin karmaşıklıklarını doğru bir şekilde özetleyebilen etkili in vitro modeller, kanser evrimini daha iyi anlamak ve bu fenomeni tahmin etmek için çok önemlidir.
Geleneksel 2D hücre kültürleri kanser araştırmalarında temel olmuştur, ancak gerçek tümörlerin 3D yapısını ve mikro çevresini yakalayamadıkları için ilaç etkinliği ve tümör davranışı hakkında yanıltıcı bilgilere yol açabilir 6,7,8. Buna karşılık, 3D in vitro modeller, 3D karmaşıklığı taklit ederek tümör mikroçevresinin ve biyolojik davranışın daha doğru bir temsilini sunan umut verici alternatifler olarak ortaya çıkmıştır 9,10.
Kanser araştırmalarında organoidler, insan doku ve organlarının daha doğru ve ilgili modellerini sağladıkları için hastalık ve ilaç etkinliğini incelemek için 3B modeller olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Engelbreth-Holm-Swarm fare sarkom hücrelerinden türetilen SBMe'nin kullanımı, kanser araştırmalarının ilerlemesinde çok önemli olmuştur11,12. Hücrelerin büyüyebildiği, çoğalabildiği ve organoid yapılar halinde kendi kendini organize edebildiği jel benzeri bir substrat sağlayarak uygun gelişme ve büyümeyi sağlar13,14.
Bununla birlikte, SBMe, benzersiz ve karmaşık özellikleri nedeniyle bir takım zorluklar ortaya çıkarmaktadır. Newtonian olmayan bir akışkan olarak SBMe, kesme inceltme özellikleri sergiler, yani viskozitesi artan kesme gerilimi ile azalır, bu da değişken kuvvetler altında kullanımını ve uygulamasını tutarsız hale getirir. Ek olarak, tiksotropik davranışı, kesme gerilimi giderildiğinde zamanla viskozitesini geri kazanabildiği için karmaşıklığa katkıda bulunur15,16. Bu özellikler, düşük mekanik mukavemet (protein konsantrasyonuna bağlı olarak 10 Pa ila 5.000 Pa arasında değişen depolama modülü değerleri ile) ve ısıya duyarlı davranışla birlikte, bu zorlukları daha da kötüleştirir ve hazırlama ve kullanım sırasında titiz bir kontrol ve ayrıca saf olarak biyo-baskı gerektirir.
Standart pnömatik tahrikli biyo-baskı sistemleri, basınç uygulaması şırıngadan çıkarıldıktan sonra kontrol edilemeyen davranışlara neden olduğundan, SBMe dağıtımını düzgün bir şekilde kontrol edemez. Akış hızının aniden belirli bir kritik basınç değeri17,18,19'un üzerine çıktığı polimerik eriyikler için tarif edilen "sıçrama" etkisine benzer bir fenomenden etkilenir. Önceki çalışmamız16'da bildirildiği gibi, hacimsel kontrol dağıtım stratejisi, matrisin reolojik özelliklerine, çalışma koşullarına ve nozul geometrisine bağlı olarak SBMe ekstrüzyonunun dağıtıcıda üretilen basınçtan ayrılmasına izin verir. Son yıllarda, Corning'in Matribot'unun öncülük ettiği aynı ilkeden yararlanmak için pazarda birkaç girişimde bulunuldu. Kontrollü sıcaklık koşulları sayesinde SBMe ve diğer sıcaklığa duyarlı biyomürekkeplerin işlenmesine ve biriktirilmesine izin verir. Ancak, pahalı olabilir ve daha küçük laboratuvarlar için erişilebilirliği sınırlayabilir.
Önceki makalemizde, düşük maliyetli özel bir alternatif sunduk - hacimsel tahrikli bir biyo-baskı sistemi16. Bu sürüm, özel bir 3D baskılı ekstrüder ile değiştirilmiş bir giriş seviyesi 3D yazıcıya dayanıyordu. Biyo-baskıdaki etkinliğine rağmen, baskı tekrarlanabilirliğinde bazı sınırlamalar getirdi. Giriş seviyesi bir 3D yazıcıdan türetildiği için, Z hareketleri ve otomatik hedef arama ile ilgili bazı sorunları vardı. Bu ihtiyaçları karşılamak için, özel düşük maliyetli hacimsel dağıtım sistemimizin gelişmiş bir sürümünü ve SBMe kullanan biyo-baskı yapıları için özel bir protokol geliştirdik.
Burada, bu sistemin inşası ve kullanımı için protokoller sağlıyoruz. Önceki çalışmamıza16 dayanan özel bir hacimsel kontrollü ekstrüder, bir biyoyazıcı kasası ve bir kontrol sisteminden oluşur. Her modül için üretim ve montaj yapılmaktadır. Belirli bir gcode dosyası ile birleştirildiğinde ve programlandığında, matris işleme için protokol açıklamasını izleyerek, sistem hem tekli hem de çoklu katmanlarda iyi şekil doğruluğuna sahip SBMe'yi kullanarak saf veya seyreltilmiş yapıları biyo-baskı yapabilir.