Wetenschappers ontwikkelen 3D-printer die kunstmatige kraakbeen produceert

Een nieuwe hybride printer vereenvoudigt het proces van het maken van implanteerbare kraakbeen, onderzoekers van Wake Forest Institute for Regenerative Medicine gemeld in het tijdschrift Biofabrication.
De auteurs legden uit dat ze een grote doorbraak hebben bereikt in het afdrukken van 3D-weefsel. Met hun systeem wordt kraakbeen "gedrukt".
De printer werd gebruikt om kraakbeenconstructies te maken die uiteindelijk in specifieke gebieden van gewonde patiënten, zoals gewrichten, konden worden geïmplanteerd om het terugstromen van kraakbeen te ondersteunen.
Ze creëerden een printerhybride die een combinatie is van twee goedkope fabricagetechnieken:

• Een elektrospinningmachine
• Een inkjetprinter

Hun materiaal is sterker en moeilijker te dragen dan andere soorten kunstmatig kraakbeen

De wetenschappers zeiden dat ze door deze twee systemen te combineren in staat waren om een ??structuur te bouwen die gemaakt is van synthetische en natuurlijke materialen. Hoewel de natuurlijke gelmaterialen een omgeving bieden waarin cellen kunnen groeien, zorgt het synthetische materiaal voor de sterkte van het construct.


Deze hybride printer is aangepast om kraakbeen te printen. Wetenschappers hopen dat dit soort vervaardigd kraakbeen uiteindelijk kan worden geïmplanteerd in gewonde patiënten. Foto van het Institute of Physics (gepubliceerd in het tijdschrift Biofabrication).Ze slaagden erin om in dit hybride systeem kraakbeenconstructies te produceren die veel mechanisch stabieler waren in vergelijking met die een inkjetprinter kon produceren met alleen gelmateriaal.
Ze ontdekten ook dat de constructen hun functionele eigenschappen in zowel het laboratorium als een real-life systeem handhaafden.
De elektrospinmachine gebruikt een elektrische stroom om uiterst fijne vezels uit een polymeeroplossing te genereren. Electrospinning maakt het mogelijk de samenstelling van de polymeren gemakkelijk te regelen, waarbij poreuze structuren worden geproduceerd die cellen aanmoedigen om in het omringende weefsel op te nemen.
Co-auteur, James Yoo, M.D., Ph.D., zei:

"Dit is een proof of concept-onderzoek en illustreert dat een combinatie van materialen en fabricagemethoden duurzame implanteerbare constructies genereert. Andere fabricagemethoden, zoals robotsystemen, worden momenteel ontwikkeld om de productie van implanteerbare weefselconstructen verder te verbeteren."

Flexibele matten, gemaakt van elektrospun synthetisch polymeer, werden gecombineerd met een oplossing van kraakbeencellen van een konijnenoor. De matten werden laag voor laag gecombineerd met de kraakbeencellen die werden afgezet met behulp van een traditionele inkjetprinter. De matten waren 0,4 mm dik, met een diagonaal van 10 cm.
Ze maten hun kracht door ze met verschillende gewichten te laden. Een week later testten ze om erachter te komen of de kraakbeencellen nog leefden.

Het testen van de constructies in een real-life systeem

De wetenschappers hebben de constructen gedurende twee, vier en acht weken ingebracht in muizen om te bepalen hoe goed ze presteerden in een echt systeem. Binnen acht weken na de implantatie hadden de constructen de structuren en eigenschappen ontwikkeld die meestal worden aangetroffen in elastisch kraakbeen, wat hun potentieel voor gebruik bij gewonde mensen aantoont.
De kraakbeenconstructen zouden eventueel klinisch kunnen worden toegepast met behulp van een blauwdruk van een MRI-scan van een knie, bijvoorbeeld waaruit een passend construct zou kunnen worden gemaakt. "Een zorgvuldige selectie van steigermateriaal voor de constructie van elke patiënt zou het implantaat in staat stellen mechanische krachten te weerstaan, terwijl nieuw kraakbeen wordt gestimuleerd om het defect te organiseren en het defect op te vullen," voegden ze eraan toe.

Technisch kraakbeen van pluripotente stamcellen

Onderzoekers van Duke Medicine slaagden erin kraakbeen te construeren van geïnduceerde pluripotente stamcellen, die werden gekweekt en gesorteerd voor gebruik bij de reparatie van weefsel van patiënten met artrose of verwondingen.
Zij rapporteerden hun bevindingen over de Proceedings van de National Academy of Sciences. De wetenschappers voegden eraan toe dat iPSCs (induved pluripotent stem cells) uiteindelijk effectief kunnen worden gebruikt voor patiënten met specifieke letsels of defecten aan kraakbeenweefsel.
Co-auteur, Farshid Guilak, PhD, zei:

"Deze techniek van het maken van geïnduceerde pluripotente stamcellen - een prestatie die wordt geëerd met de Nobelprijs voor de geneeskunde van dit jaar voor Shimya Yamanaka van de universiteit van Kyoto - is een manier om volwassen stamcellen te nemen en ze om te zetten zodat ze de eigenschappen van embryonale stamcellen hebben."

Geschreven door Christian Nordqvist