Koaxiales 3D-Bioprinting-Prozessforschung und Leistungstests an vaskulären Gerüsten

Drei-dimensional gedrucktes vaskularisiertes Gewebe, das zur Behandlung menschlicher kardiovaskulärer Erkrankungen geeignet ist, sollte eine hervorragende Biokompatibilität, mechanische Eigenschaften und die Struktur komplexer Gefäßnetzwerke aufweisen. In diesem Papier schlagen wir eine Methode zur Herstellung von vaskularisiertem Gewebe vor, die auf der kohaxialen 3D-Bioprinting-Technologie in Kombination mit der Formenmethode basiert. Eine Natriumalginate (SA)-Lösung wurde als Bioink-Material gewählt, während das Vernetzungsmittel eine Calciumchlorid (CaCl2)-Lösung war. Um die optimalen Parameter für die Herstellung vaskulärer Gerüste zu ermitteln, haben wir zunächst theoretische Modelle eines koaxialen Jets und eines vaskulären Netzwerks formuliert. Anschließend führten wir eine Simulationsanalyse durch, um vorläufige Prozessparameter zu erhalten. Basierend auf der vorgenannten Forschung wurden Experimente zur Herstellung vaskulärer Gerüste auf Basis des koaxialen Jet-Modells und zur Herstellung vaskularer Netzwerke durchgeführt. Schließlich optimierten wir verschiedene Parameter, wie die Fließgeschwindigkeit der inneren und äußeren Lösungen, die Konzentration des Bioinks und die Konzentration des Vernetzungsmittels. Die Leistungstests zeigten, dass die hergestellten vaskulären Gerüste zufriedenstellende Werte hinsichtlich Abbaubarkeit, Wasseraufnahme und mechanischer Eigenschaften aufwiesen, die den Anforderungen für praktische Anwendungen entsprechen. Zelluläre Experimente mit gefärbten Proben zeigten eine zufriedenstellende Proliferation von menschlichen Nabelschnurvenenendothelzellen (HUVECs) innerhalb des vaskulären Gerüsts über einen Zeitraum von sieben Tagen, beobachtet unter einem fluoreszierenden inversen Mikroskop. Die Zellen zeigten eine gute Biokompatibilität mit dem vaskulären Gerüst. Die obigen Ergebnisse deuten darauf hin, dass die hergestellte vaskuläre Struktur zunächst die Anforderungen an vaskuläre Gerüste erfüllt.