Nytt biobläck för utskrifter med celler i 3D

– Bioprinting är en ny och spännande teknik för att tillverka vävnadslika tredimensionella strukturer av celler. Ett svårt problem är att utveckla de så kallade biobläcken, material som både ska kunna kapsla in celler och som går att printa. Vårt biobläck har flera spännande egenskaper som ger nya möjligheter att komma närmare visionen att kunna skapa vävnad och organ i labbet, säger Daniel Aili, biträdande professor vid Avdelningen Biofysik och bioteknik, Linköpings universitet.

Cellerna trivs

Bläckets egenskaper kan förändras efter behov och forskargruppen har också med gott resultat använt materialet med flera olika celltyper; leverceller, hjärtceller, nervceller och fibroblaster (en typ av Fatemeh Rasti Boroojeni kollar att cellerna mår bra. Foto Magnus Johanssonbindvävscell). De har också löst en av de stora utmaningarna när det gäller att printa, eller skriva ut, organiskt material: de har hittat en metod att få celler att överleva och trivas, trots den omilda behandlingen. Resultatet är nyligen publicerat i tidskriften Biofabrication.

Bläcket de utvecklat består bland annat av hyaluronansyra och syntetiska protein-liknande molekyler, så kallade peptider. Dessa binds ihop till ett vattenrikt nätverk, en hydrogel, som fungerar som ett stödmaterial för cellerna.
Utskrift pågår. Foto Magnus Johansson
– Med hjälp av en fiffig kemi kan vi styra hur snabbt hydrogelen bildas, det vill säga när det övergår från flytande form till att bli en gel som försiktigt kapslar in cellerna, säger Daniel Aili.

Modulärt system

Det forskarna har tagit fram är ett modulärt system, som legoklossar, där olika komponenter kan kombineras för att skapa olika typer av hydrogeler. Hydrogelerna ger ett mekaniskt stöd åt cellerna och kapslar in dem, utan att de skadas, men kan också styra cellernas tillväxt och beteende. Ett system av olika peptider gör det möjligt att förändra egenskaperna för att styra celler och koppla på olika funktioner, ett exempel bland många är ett enzym som stimulerar tillväxt av benmaterial.

– Vi är bland de första forskargrupper som kan förändra materialet både när det printas och i efterhand. Vi kan exempelvis tvärförnäta mer under processen för att staga upp materialet och även ändra de biokemiska förutsättningarna. Vi kan också anpassa materialet till olika typer av celler. Det är ännu ett steg mot målet att efterlikna den stödstruktur som finns runt de flesta mänskliga celler, den extracellulära matrisen, säger Daniel Aili.

Bioutskrifter i 4D

Eftersom materialet kan ges förändrade egenskaper när det används som biobläck för utskrifter i 3D resulterar forskningen i bioutskrifter i 4D - ännu ett steg närmare att efterlikna kroppens egna funktioner.

Printat och klart. Foto Magnus Johansson– Vi ligger nära grundforskning, men vi vet att det idag finns ett mycket stort medicinskt behov av vävnad liksom av bättre och biologiskt relevanta modeller för framtagning av läkemedel, inte minst som ersättning för djurförsök. Utvecklingen går snabbt inom de här området just nu, konstaterar Daniel Aili.

Forskningen är finansierad via medel från bland andra Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Stiftelsen för Strategisk forskning, SSF och regeringens strategiska satsning på Avancerade funktionella material, AFM, vid Linköpings universitet.

Dynamic peptide-folding mediated biofunctionalization and modulation of hydrogels for 4D bioprinting, Christopher Aronsson, Michael Jury, Sajjad Naeimipour, Fatemeh Rasti Boroojeni, Jonas Christoffersson, Philip Lifwergren, Carl-Fredrik Mandenius, Robert Selegård and Daniel Aili. Biofabrication 2020. Doi 10.1088/1758-5090/ab9490

Två doktorander och en student som håller ställningarna i labbet under sommaren; Sajjad Naeimipour, Philip Lifwergren (student) och Fatemeh Rasti Boroojeni. Foto Magnus Johansson