3D-печать SCOBY Bioink для прямого восстановления тканей

SEOULTECH – это национальный университет, расположенный в Новонге, Сеул, Южная Корея. Исследовательские программы сосредоточены на инженерии, науке и технологиях. Исследователи из Сеульского национального университета науки и технологий (SEOULTECH) разработали биочернила Kombucha SCOBY (симбиотическая культура бактерий и дрожжей), которые могут оптимизировать тканевую инженерию in vivo. Исследование, опубликованное в Международном журнале биологических макромолекул 1 декабря 2024 г., описывает, как наноцеллюлозу от SCOBY можно частично гидролизовать, укрепить хитозаном и каолином и напечатать на неровных ранах с помощью ручного устройства под названием Biowork biopen.

Kombucha SCOBY производит целлюлозу во время ферментации чая, в результате чего образуется наноцеллюлоза с биоразлагаемыми и клеточно-совместимыми свойствами. Однако запутанная структура по умолчанию может быть трудно выдавлена. Команда под руководством профессора Инсупа Ноха использовала уксусную кислоту для разрыхления наноцеллюлозных волокон (частичный гидролиз), улучшая поток через тонкие сопла, но одновременно снижая механическую прочность материала.

Для восстановления структурной стабильности они ввели хитозан (положительно заряженный полимер) и каолин (отрицательно заряженная глина). Электростатическое взаимодействие между этими тремя компонентами – наноцеллюлозой, хитозаном и каолином – создало полиэлектролитный комплекс без необходимости химических сшивателей. Согласно опубликованной статье испытания показали, что полученный гидрогель может выдерживать типичные механические нагрузки, возникающие при применении мягких тканей.

Биоручка Biowork оснащена двумя вращающимися винтами, которые смешивают наноцеллюлозу, укрепляющие частицы и живые клетки за мгновение до экструзии. Это смешение в режиме реального времени избавляет от необходимости длительного предварительного смешения, потенциально ускоряя клинические рабочие процессы. Профессор Инсуп Но, также возглавляющий компанию MatrixCell Bio Inc., специализирующуюся на биоматериалах и регенеративных устройствах, заявил: «Эта технология позволяет быстро и легко осуществить одноэтапный процесс, когда препарат и гидрогель смешиваются и немедленно наносятся на поврежденные участки разной формы».

В демонстрационных моделях дефектов черепа и головки бедренной кости биочернила сохранили свою послойную архитектуру высотой более одного сантиметра. Исследователи зафиксировали стабильное осаждение даже на неровных поверхностях, предполагая, что сеть хитозан-каолин обеспечивала эффективную когезию, несмотря на частичный гидролиз. Жизнеспособность клеток также оставалась высокой, что команда объясняет более мягкими силами смешения внутри двухвинтового механизма.

Исследования показывают, что наноцеллюлоза, полученная из чайного гриба SCOBY, может стать основой платформы для 3D печати с потенциальным использованием в лечении in vivo. Зависимость системы от электростатической связи между целлюлозой, хитозаном и каолином устраняет дополнительные этапы сшивания, которые могут усложнить процедуры или ввести посторонние агенты.

Исследовательская группа планирует дальнейшее исследование этих биочернил, включая тесты на больших или более сложных дефектах тканей. Регулировка вязкости, механических свойств и биологических добавок может приспособить рецептуру к конкретным клиническим потребностям, таким как регенерация хряща, реконструкция кожи или заживление ран в чрезвычайных ситуациях. Ранние отзывы об испытаниях моделей анатомической формы указывают на то, что равномерное смешивание в биоручке Biowork может помочь обеспечить последовательное распределение клеток, часто затруднительное в стандартных методах на основе шприцев.