zastosowanie skafoldów wytworzonych z pla jako struktury

Emilia MAZGAJCZYK, Bogdan DYBAŁA, CAMT, Katedra Technologii Laserowych,
Automatyzacji i Organizacji Produkcji, Politechnika Wrocławska, Wrocław
Piotr WILCZEK, Pracownia Bioinżynierii, Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii, Zabrze
ZASTOSOWANIE SKAFOLDÓW WYTWORZONYCH Z PLA JAKO
STRUKTURY WSPOMAGAJĄCE REGENERACJĘ UBYTKÓW
TKANEK MIĘKKICH
APPLICATION OF PLA SCAFFOLDS TO SUPPORT THE
REGENERATION OF SOFT TISSUE DEFECTS
Słowa kluczowe: skafold, PLA, inżynieria tkankowa, Additive
Manufactirung
1. WSTĘP
Inżynieria tkankowa, nazywana również medycyną regeneracyjną, to interdyscyplinarna
dziedzina wykorzystująca podstawy inżynierii i nauk biologicznych o organizmach żywych.
Fundamentalna koncepcja leżąca u podstaw inżynierii tkankowej to połączenie skafoldów,
traktowanych jako macierz, z żywymi komórkami do wytworzenia konstrukcji, która będzie
sprzyjać odbudowaniu lub regeneracji tkanki. Nauka ta ma na celu ominięcie ograniczeń
klinicznych (np. niewielki dostęp do dawców komórek) dotyczących leczenia uszkodzonych
tkanek lub organów. Dzięki rozwijaniu tego zagadnienia możliwe jest zasiedlanie
i rozmnażanie komórek na strukturach zastępczych (skafoldach), które z czasem będą
degradowały i resorbowały się, tworząc strukturę tkankową w warunkach hodowli in vitro
i/lub in vivo [1,2].
W niniejszej pracy przedstawiono zastosowanie skafoldów wytworzonych
z biodegradowalnego polimeru (PLA) jako rusztowania wspomagającego regenerację
ubytków tkanek miękkich. Wytworzono sześcienne skafoldy w technologii generatywnej
(urządzenie typu Rep-Rap), a następnie przeprowadzono na nich hodowlę fibroblastów.
2. WYTWARZANIE SKAFOLDÓW POLIMEROWYCH
Wytwarzanie struktur trójwymiarowych z danych komputerowych pozwala budować
obiekty oraz formy będące prototypami lub wizualizować trójwymiarowe kompleksowe
struktury [3]. Wspomagane komputerowo projektowanie i wytwarzanie (CAD/CAM)
pozwala na dopasowywanie części do specjalnych aplikacji. Dlatego też wzbudziło to
szczególne zainteresowanie w zastosowaniach biomedycznych, gdzie technologie te pozwalają
na konstruowanie indywidualnie dopasowanych obiektów. Materiał jest dodawany warstwa po
warstwie i może być zastosowany do produkcji takich elementów, jak skafoldy z dopasowaną
specyficzną strukturą wewnętrzną.
W pracy zastosowano technologię przyrostową. Do wybudowania skafoldów
wykorzystano polimer biodegradowalny, którym był polilaktyd (PLA) [4].
XII Konferencja Naukowa Majówka Młodych Biomechaników im. prof. Dagmary Tejszerskiej
s. 76
3. HODOWLA KOMÓRKOWA
Do badań zastosowano fibroblasty lini L929, które nanoszono na wysterylizowane tlenkiem
etylenu skafoldy metodą sedymentacji. Hodowlę prowadzono przez okres jednego tygodnia w
standardowych warunkach: w temperaturze 37 °C w inkubatorze z 5% przepływem CO2 oraz
Medium 199 suplementowanym FBS (Fetal Bovine Serum) oraz antybiotykami, zmieniając
medium hodowlane co 2 dni. Po tym czasie oceniano efektywność wzrostu i żywotność
nahodowanych komórek. Do oceny żywotności zastosowano dwa barwniki fluorescencyjne:
FDA (dwuoctan fluoresceiny), który wykazuje zieloną fluorescencję i identyfikuje komórki
żywe oraz PI (jodek propidyny), który wykazuje czerwoną fluorescencję i pozwala na
oznaczenie puli komórek nekrotycznych.
Rysunek 1. Barwienie FDA - skafoldy z namnożonymi fibroblastami po tygodniowej hodowli
Większość komórek w polu widzenia stanowiły komórki żywe i prawidłowej morfologii
typowej dla fibrobalstów. Komórki były dobrze zadherowane do podłoża i wykazywały cechy
migracji w głąb skafoldu.
4. PODSUMOWANIE
Biofunkcjonalne struktury ażurowe naśladujące naturalną macierz międzykomórkową
zapewniają tymczasowe rusztowanie dla wzrastającej tkanki. Powinny one jednak mieć
odpowiednią architekturę oraz wytrzymałość by odpowiednio pełnić swoją funkcję. Powyższe
badania wykazały biozgodność wytworzonych struktur z hodowanymi komórkami.
LITERATURA
[1] Abdelaal O. A., Darwish S. M., Fabrication of tissue engineering scaffolds using rapid
prototyping techniques, World Academy of Science, Engineering and Technology, pp.
1325-1333, 2011
[2] Melchels F. P., Domingos M. A., Klein T. J., Malda J., Bartolo P. J., Hutmacher D. W.,
Additive manufacturing of tissues and organs, Progress in Polymer Science, pp. 10791104, 2012
[3] Wust S., Muller R., Hofmann S., Controlled positioning of cells in biomaterials approaches towards 3D tissue printing. Journal of functional biomaterials. 2, 2011, strony
119-154.
[4] E. Mazgajczyk, P. Szymczyk, E. Chlebus, Zastosowanie technologii REP-RAP do
wytwarzania funkcjonalnych struktur z PLA, Aktualne Problemy Biomechaniki, 2014, z. 8,
s. 109-114.