Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Utilisation of first Polish multifunctional 3D bioprinter BioCloner Desktop for printing hydrogel cell scaffolds in controlled clean environment - case study

Knap-Kowalski Jakub, Twardziak Hubert, Matulski Jakub, Bednarczyk Ewa, Sikora Szymon, Grygoruk Roman, Gołaszewski Maciej

Mechanik

|

2024

|

R. 97, nr 4

39--46

EN

In this article novel technological solutions for applying additive manufacturing technologies in the biomedical and biotechnological industry are showcased. The BioCloner Desktop (referred to as ‘Desktop’) is a miniaturised version of an industrial printer developed as part of a project regarding utilising additive manufacturing technologies for manufacturing of bioresorbable implants. In the years 2016-2019, the project was financed from EU resources (project number POIR.01.01.01-00-0044/16-00). During this project, industrial-sized solutions dedicated for medical and pharmaceutical applications were developed. The Desktop was developed as a way of expanding the possibilities of research and development in a standard biomedical laboratory. The size of the described printer allows it to be placed inside a laminar flow cabinet. The Desktop is a device which meets the growing need for multipurpose compact desktop bioprinters dedicated for research and development applications. Currently, commercially available laboratory-scale machines lack an open architecture, which puts boundaries on research. Miniaturisation of the BioCloner bioprinter did not sacrifice its key feature of supporting multitool print and convenience of construction for further specialisation. The BioCloner project, besides bioprinters, also includes dedicated slicing and printer control software. Thanks to its multiplatform compatibility, it is possible to easily increase the scale of production directly after the research process. The Desktop is equipped with printheads that facilitate multiple methods of 3D printing. From the most popular fused filament fabrication (FFF) to the versatile fused granulate fabrication (FGF) to highly specialised printheads for bioprinting, designed to dispense hydrogels via pressure extrusion. The printheads have also additional features required in the bioprinting process, such as UV crosslinking lights and temperature control (heating as well as cooling). In this article, key features of both the BioCloner Desktop bioprinter and the dedicated BioCloner 3D slicing-operating software are outlined. Its second part is a report on the bioprinter’s usage in the Biomedical Engineering Laboratory, named after E.J. Brzeziński, located at Faculty of Mechanical and Industrial Engineering of Warsaw University of Technology. During the study, hydrogel cell scaffolds for culturing WEHI-164 mouse fibroblasts were produced. The structures were obtained using a gelatin methacrylate (GelMa)-based commercially available bioink deposited directly into a cell culture vessel. The structures were fully crosslinked immediately after printing. All printed scaffolds supported cell proliferation. There were no observed signs of contamination, and the conducted field tests confirmed the assumed functionality of the BioCloner Desktop bioprinter.

PL

W artykule przedstawiono nowatorskie rozwiązania techniczne pozwalające na wykorzystanie technologii addytywnego wytwarzania w branżach biomedycznej i biotechnologicznej. BioCloner Desktop (dalej: „Desktop”) jest zminiaturyzowanym rozwiązaniem opracowanym w ramach trwającego od 2016 r. projektu BioCloner, mającego na celu wdrożenie technik przyrostowych w procesie produkcji implantów wchłanialnych. Projekt ten w latach 2016-2019 był finansowany ze środków UE (projekt POIR.01.01.01-00-0044/16-00 - Pierwsza polska biodrukarka dedykowana do implantów wchłanialnych - BioCloner). W ramach projektu BioCloner opracowano rozwiązania wielkogabarytowe przeznaczone do zastosowania w branży medycznej i farmaceutycznej. Desktop został opracowany z myślą o poszerzeniu możliwości prac badawczo-rozwojowych w typowym laboratorium biomedycznym. Wymiary drukarki BioCloner Desktop pozwalają na pracę w warunkach podwyższonej czystości oraz wewnątrz komory laminarnej. Desktop stanowi odpowiedź na rosnące wymagania stawiane przed kompaktowymi drukarkami nabiurkowymi wykorzystywanymi w pracach badawczo-rozwojowych. Dostępne na rynku urządzenia przeznaczone do biodruku w skali laboratoryjnej nie posiadają otwartej architektury, przez co ograniczają zakres prowadzonych prac badawczo-rozwojowych. Przy zmniejszeniu biodrukarki 3D zachowano wyróżniające BioCloner cechy - wsparcie druku wielogłowicowego oraz otwartość konstrukcji, która pozwala na rozwijanie kompatybilnych głowic i akcesoriów wspierających proces biodrukowania 3D. Projekt BioCloner poza wymienionymi biodrukarkami 3D obejmuje również dedykowane oprogramowanie sterujące zawierające kluczowe z perspektywy biodruku funkcjonalności. Dzięki międzyplatformowej kompatybilności sterowników możliwe będzie szybkie zwiększenie skali produkcji po zakończeniu prac badawczo-rozwojowych. Desktop jest wyposażony w głowice wspierające różne metody druku przestrzennego. Od najpopularniejszego druku termoplastycznym filamentem fused filament fabrication (FFF), poprzez druk wykorzystujący nadtopiony granulat fused granulate fabrication (FGF), po głowice ciśnieniowe opracowane specjalnie do wymagań stawianych przez biodruk. Przykładem tego są głowice przeznaczone do ekstruzji ciśnieniowej hydrożeli z wieloma dodatkowymi funkcjami, takimi jak sieciowanie UV oraz kontrola temperatury (zarówno grzanie, jak i chłodzenie). Opisywana w artykule drukarka została przetestowana w Laboratorium Inżynierii Biomedycznej im. E.J. Brzezińskiego mieszczącym się na Wydziale Mechanicznym Technologicznym Politechniki Warszawskiej. Wytworzono w nim rusztowania do hodowli fibroblastów mysich WEHI-164. Struktury zostały wydrukowane z hydrożelu bazującego na metakrylowanej żelatynie (GelMa), bezpośrednio w naczyniu przeznaczonym do dalszej inkubacji hodowli. Wszystkie otrzymane struktury pozwalały na zagnieżdżenie się i proliferację rozważanych w badaniu komórek. Nie zaobserwowano oznak zakażenia w trakcie hodowli. Przeprowadzone testy potwierdzają zakładaną funkcjonalność biodrukarki Desktop.

2

Optimization of the preparation process stages of the bioink compositions based on sodium alginate and gelatin to improve the viability of biological material contained in hydrogel 3d printouts

Wierzbicka Adrianna, Bartniak Mateusz, Rosińska Karolina, Bociąga Dorota

Engineering of Biomaterials

|

2022

|

vol. 25, no. 165

7--16

EN

Currently developing on a large scale, the opportunities for 3D printing represent more and more perspective solutions in the area of tissue engineering and personalized medicine. Due to their ability to reproduce the natural extracellular matrix and unique properties, hydrogels are popularly used materials to produce bioinks designated for 3D printing. Today, solutions based on sodium alginate and gelatin are frequently used compositions for this purpose. The high viability of the cells incorporated into bioink is the key parameter determining the application opportunities of printed structures. The parameters of the process used for the preparation of hydrogel compositions may have a direct impact on the viability of the cells incorporated within the printed structure. This study aims to develop a protocol for the preparation of hydrogel materials based on alginate and gelatin, providing the highest viability of the model osteoblast-like cell line Saos-2 incorporated directly into the bioink before the 3D bioprinting process. In the scope of this study, the analyzed process parameters of the preparation of the hydrogel bioinks are the method of combination of a polymer solution with biological material, the applied concentration, the cross-linking solution, and also the waiting time of the prepared hydrogel bioink for the 3D printing process. A key aspect of the study is the evaluation of the influence of 3D printing on changes in the survival rate of biological material directly after the manufacturing process and after individual incubation periods of the printouts in conditions reflecting the body’s environment.

3

Bioinks for organ and tissue 3D printing

Głąb Magdalena, Słota Dagmara

Inżynieria Materiałowa

|

2021

|

Vol. 42, nr 2-3

24--32

EN

3D bioprinting is a technology which shows great potential in regenerative medicine. The technology enables the fabrication of 3D functional tissue and artificial organs based on suitable biological inks. This review provides information about the bioinks used in 3D bioprinting technology. Recent literature reports have considered the division of bioinks based on their application in the fabrication of specific tissues and organs. The main attention has been paid to bioinks designed for regeneration of cartilage, bone and nerve tissue. Moreover, the newest research on bioinks for skin, blood vessels and liver regeneration have been presented.

PL

Biodrukowanie 3D jest technologią wykazującą duży potencjał w medycynie regeneracyjnej. Technologia umożliwia wytworzenie trójwymiarowych funkcjonalnych tkanek i sztucznych narządów w oparciu o odpowiednie tusze biologiczne. Przegląd dostarcza informacji o biotuszach stosowanych w technologii biodruku 3D. W najnowszych doniesieniach literaturowych uwzględniano podział biotuszy ze względu na ich zastosowanie w wytwarzaniu konkretnych tkanek i narządów. Główną uwagę zwrócono na biotusze przeznaczone do regeneracji tkanki chrzęstnej, kostnej oraz nerwowej. Ponadto zaprezentowano także najnowsze badania prowadzone w kierunku opracowania biotuszy stosowanych w odbudowie skóry, naczyń krwionośnych, a także wątroby. Słowa kluczowe: inżynieria tkankowa, biodrukowanie.

4

Biodrukowanie z wykorzystaniem biotuszy na bazie alginianów

Słota Dagmara, Głąb Magdalena

Inżynieria Materiałowa

|

2021

|

Vol. 42, nr 4-5

12--17

PL

W ostatnich latach nastąpił znaczny rozwój techniki biodrukowania 3D, będącej jednym z rozwiązań współczesnej inżynierii materiałowej. Biodrukowane struktury trójwymiarowe doskonale odwzorowują naturalne warunki panujące w organizmie. Szczególną rolę przypisuje się regeneracji tkanek i narządów w wykorzystaniem biotuszy zawierających żywe komórki. Jednym z głównych składników biotuszów są alginiany – polisacharydy charakteryzujące się biokompatybilnością oraz możliwością tworzenia struktury hydrożelowej. W pracy zaprezentowano najnowsze doniesienia literaturowe dotyczące alginianów stosowanych jako biotusze do odbudowy tkanki kostnej i chrzęstnej. Ponadto omówiono pokrótce właściwości tych polimerów oraz typy biodruku, takie jak biodruk ekstruzyjny, kropelkowy (inkjet) czy też wspomagany laserem.

EN

In recent years, there has been a significant development of 3D bioprinting technique, which is one of the solutions of current materials engineering. Bioprinted three-dimensional structures perfectly replicate the natural conditions in the body. A special role is attributed to the regeneration of tissues and organs using bioinks containing living cells. One of the main components of bioinks are alginates – polysaccharides characterized by biocompatibility and ability to form a hydrogel structure. This review presents recent literature reports on alginates used as bioinks for bone and cartilage reconstruction. Moreover, the properties of these polymers and types of bioprinting such as extrusion, droplet (inkjet) or laser-assisted bioprinting are briefly discussed.

5

Easy and affordable method for rapid prototyping of tissue models in vitro using three-dimensional bioprinting

Bandyopadhyay A., Dewangan V. K., Vajanthri K. Y., Poddar S., Mahto S. K.

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2018

|

Vol. 38, no. 1

158--169

EN

In vitro tissue model systems have attracted considerable attention in drug discovery owing to their ability to facilitate identification of promising compounds in the near-physiological environment during drug development. Additive manufacturing helps in mimicking com-plex geometries including the microarchitecture of the body tissues. Exploiting this emerg-ing technology, the present study demonstrates a simple and inexpensive approach for the fabrication of three-dimensional (3D) in vitro tissue models using a custom-designed automated bioprinting system. The bioink mixture comprised of a novel optimized compo-sition of widely known biomaterials including gelatin, alginate and hydrolyzed type-1 collagen to embed and print the C2C12 myoblast cells. The structural stability and integrity of the cells-laden constructs were found to be significantly consistent for more than 14 days in culture. Rheological and mechanical properties of the bioink blend were characterized to assess its efficacy for the fabrication of cells-laden tissue constructs. Scanning electron micrographs were acquired to analyze porosity of the scaffold for cellular growth and proliferation. The viability of cells embedded within the hydrogel was >80%, 3 h post-printing. We anticipate that the fabricated tissues will serve as an alternative model for in vitro toxicological and drug response studies.