CC BY
0УДК 57.085.23
ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ 3D-БИОПЕЧАТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ С ПОМОЩЬЮ ФОТОИНДУЦИРОВАННОГО УДАЛЕНИЯ СФЕРОИДОВ
DOI 10.24412/CL-37228-2024-173-175 А. С. Баранова12, А. Р. Илясов123, С. М. Деев2
ЩИЯУ МИФИ, Москва, Россия 2ИБХ РАН, Москва, Россия 3НИТУ МИСиС, Москва, Россия E-mail: mrsvinograd@gmail.com
Аннотация. В данной работе была проверена работоспособность методики биопечати тканевыми сфероидами с использованием наночастиц, активируемых лазером, на агрегате из сфероидов с наночастицами, жертвенными, и без них, как имитации единичного слоя объемной конструкции. Было показано, что фототермия такого агрегата вызывает локальную гибель клеток, находящихся вблизи наночастиц, не влияя на жизнеспособность остальной конструкции. Более того, после проведения фототермии упрощается процедура извлечения жертвенного материала для формирования будущих полостей.
Ключевые слова: биопечать, тканевые сфероиды, наночастицы, фото-термия.
В последние годы активно развивается область регенеративной медицины, в том числе технологии, связанные с 3Э-биопеча-тью. Биопечатные конструкции используются для моделирования патологических процессов внутри организма, также по мере усовершенствования получаемых структур их планируют использовать в трансплантологии. Усложнение конструкций ставит перед исследователями новые и новые задачи, и наиболее остро сейчас стоят вопросы васкуляризации и иннервации тканеинженерных конструктов [1]. В настоящее время существует несколько стратегий биопечати полых сосудов и создания сосудистой сети внутри напечатанных структур, включающие использование биополимеров и различных добавок, однако их реализация сопряжена с определенными трудностями.
Была предложена инновационная методика биопечати объемных конструкций тканевыми сфероидами с использованием «жертвенного» клеточного материала [2]. В данной работе в качестве такого материала используются сфероиды с наночастицами, обладающими свойствами фототермальной конверсии [3]. Облучение лазером напечатанных конструкций должно индуцировать гибель «жертвенных» сфероидов для облегчения их дальнейшего удаления.
В ходе работы были исследованы фототермические и цито-токсические свойства наночастиц Ti3C2 на клеточной культуре НЕК293Т с помощью лазера длиной волны 808 нм. Далее с помощью микротензиометрии и красителя CellROX оценено воздействие гипертермии на клеточные сфероиды. Была изучена эволюция агрегатов из сфероидов, с наночастицами и без, в течение времени, а также с помощью окрашивания йодидом пропидия измерено воздействие лазерного излучения на полученные структуры.
Было показано, что наночастицы Ti3C2 позволяют эффективно осуществлять фототермальную конверсию и при концентрации 50 мкг/мл позволяют достигнуть необходимой температуры для активации контролируемой гибели клеток. При нагреве до температур ниже 45°С не наблюдается изменения упругих свойств сфероидов, показано, что идет активное выделение активных форм кислорода. При более высоких температурах модуль Юнга сфероидов значительно увеличивается, что вызвано денатурацией белков, и клетки в составе сфероидов погибают.
Облучение агрегатов из различных сфероидов позволяет индуцировать гибель сфероидов с наночастицами, сводя к минимуму воздействие на сфероиды без наночастиц. Фототермия способствует облегченному извлечению «жертвенных» сфероидов для создания полостей, позволяя поддерживать сохранность окружающего материала.
Список литературы
1. Chae S., Ha D.-H., Lee H. 3D bioprinting strategy for engineering vascularized tissue models // Int. J. Bioprinting. — May 2023. — Vol. 9. — No 5. — P. 748. — doi: 10.18063/ijb.748.
2. Robu A., Mironov V., Neagu A. Using Sacrificial Cell Spheroids for the Bioprinting of Perfusable 3D Tissue and Organ Constructs: A Computational Study // Comput. Math. Methods Med. — May 2019. — Vol. 2019. — P. 1-9. — doi: 10.1155/2019/7853586.
3. Kabashin A. V., Meunier M. Femtosecond laser ablation in aqueous solutions: a novel method to synthesize non-toxic metal colloids with controllable size // J. Phys. Conf. Ser. — Apr. 2007. — Vol. 59. — P. 354-359. — doi: 10.1088/1742-6596/59/1/074.
TECHNOLOGY FOR CREATING 3D BIO-PRINTED STRUCTURES OF COMPLEX SHAPE USING PHOTOINDUCED REMOVAL OF SPHEROIDS
Abstract. In this work, the efficiency of the bioprinting technique with tissue spheroids using laser-activated nanoparticles on an aggregate of spheroids with and without sacrificial nanoparticles, as an imitation of a single layer of a volumetric structure, was tested. It has been shown that photothermy of such an aggregate causes local cell death in the vicinity of nanoparticles, without affecting the viability of the rest of the structure. Moreover, after phototherapy, the procedure for extracting sacrificial material for the formation of future cavities is simplified.
Key words: bioprinting, tissue spheroids, nanoparticles, photothermy.
