3D-друк SCOBY Bioink для прямого відновлення тканин

SEOULTECH — це національний університет, розташований у Новонгу, Сеул, Південна Корея. Дослідницькі програми в ньому зосереджені на інженерії, науці та технологіях. Дослідники з Сеульського національного університету науки й технологій (SEOULTECH) розробили біочорнило Kombucha SCOBY (симбіотична культура бактерій і дріжджів), яке може оптимізувати тканинну інженерію in vivo. Дослідження, опубліковане в Міжнародному журналі біологічних макромолекул 1 грудня 2024 року, описує, як наноцелюлозу від SCOBY можна частково гідролізувати, зміцнити хітозаном і каоліном і надрукувати на нерівних ранах за допомогою ручного пристрою під назвою Biowork biopen.

Kombucha SCOBY виробляє целюлозу під час ферментації чаю, в результаті чого утворюється наноцелюлоза з біорозкладаними та клітинно-сумісними властивостями. Однак заплутану структуру за замовчуванням може бути важко видавити. Команда під керівництвом професора Інсупа Ноха використовувала оцтову кислоту для розпушення наноцелюлозних волокон (частковий гідроліз), покращуючи потік через тонкі сопла, але одночасно знижуючи механічну міцність матеріалу.

Для відновлення структурної стабільності вони ввели хітозан (позитивно заряджений полімер) і каолін (негативно заряджена глина). Електростатична взаємодія між цими трьома компонентами — наноцелюлозою, хітозаном і каоліном — створила поліелектролітний комплекс без необхідності хімічних зшивачів. Згідно з опублікованою статтею, випробування показали, що отриманий гідрогель може витримувати типові механічні навантаження, які виникають при застосуванні м’яких тканин.

Біоручка Biowork оснащена двома гвинтами, що обертаються протилежно, які змішують наноцелюлозу, зміцнюючі частинки та живі клітини за мить до екструзії. Це змішування в режимі реального часу позбавляє від необхідності тривалого попереднього змішування, потенційно прискорюючи клінічні робочі процеси. Професор Інсуп Но, який також очолює компанію MatrixCell Bio Inc., що спеціалізується на біоматеріалах і регенеративних пристроях, заявив: «Ця технологія дозволяє швидко і легко здійснити одноетапний процес, коли препарат і гідрогель змішуються і негайно наносяться на пошкоджені ділянки різної форми».

У демонстраційних моделях дефектів черепа та головки стегнової кістки біочорнило зберегло свою пошарову архітектуру висотою понад один сантиметр. Дослідники зафіксували стабільне осадження навіть на нерівних поверхнях, припускаючи, що мережа хітозан-каолін забезпечувала ефективну когезію, попри частковий гідроліз. Життєздатність клітин також залишалася високою, що команда пояснює більш м’якими силами змішування всередині двогвинтового механізму.

Дослідження показують, що наноцелюлоза, отримана з чайного гриба SCOBY, може стати основою платформи для 3D-друку з потенційним використанням у лікуванні in vivo. Залежність системи від електростатичного зв’язку між целюлозою, хітозаном і каоліном усуває додаткові етапи зшивання, які можуть ускладнити процедури або ввести сторонні агенти.

Дослідницька група планує подальше дослідження цього біочорнила, включаючи тести на більших або складніших дефектах тканин. Регулювання в’язкості, механічних властивостей і біологічних добавок може пристосувати рецептуру до конкретних клінічних потреб, таких як регенерація хряща, реконструкція шкіри або загоєння ран у надзвичайних ситуаціях. Ранні відгуки про випробування моделей анатомічної форми вказують на те, що рівномірне змішування в біоручці Biowork може допомогти забезпечити послідовний розподіл клітин, що часто є складним у стандартних методах на основі шприців.