Sistem; arzu edilen özelliklere sahip, oldukça düzgün hücre kültürleri yetiştirmek için, ince ölçekli ağlar sağlayabilir.
Biyolojik kültürler için iskele yapmanın yeni bir yolu; şekil ve büyüklükte ve aynı zamanda belirli fonksiyonlarla potansiyel olarak tek tip hücrelerin büyümesini mümkün kılabilir. Yeni yaklaşım; lifleri insan saçı genişliğinin onda biri kadar çekmek için bir elektrik alan kullanan, son derece ince ölçekli 3D baskı biçimini kullanıyor.
Bir hücrenin birçok işlevi mikro ortamı tarafından etkilenebilir. Bu nedenle; o ortam üzerinde hassas kontrol sağlayan bir iskele, araştırma ya da tıbbi kullanım için belirli özelliklere sahip, hücreleri kültürlemek için yeni olanaklar açabilir.
MIT Bitler ve Atomlar Merkezi’nden Filippos Tourlomousis; sıradan 3D baskıda 150 mikron (metrenin milyonda biri) kadar ince filamentler üretilirken, fiber ile ekstrüzyon yapan nozül arasına kuvvetli bir elektrik alanı ekleyerek, fiberleri 10 mikron genişliğe indirmenin mümkün olduğunu söylüyor. Teknik; melt electro writing (MEW) olarak adlandırılıyor.
Tourlomousis: “Hücreleri alıp, geleneksel 3 boyutlu yazdırılmış bir yüzeye yerleştirilirse, bu 2 boyutlu bir yüzeye benzer. Çünkü hücrelerin kendileri çok daha küçük. Ancak, el yazısı yöntemi kullanılarak basılmış örgü benzeri bir yapıda; yapı, hücrelerin kendileriyle aynı boyuttadır. Böylece boyutları, şekilleri ve malzemeye yapışma biçimi; gözenekli mikro mimarisini ayarlayarak, kontrol edilebilir. Bu ölçeğe kadar baskı yaparak, hücreler için gerçek bir 3 boyutlu ortam üretiyorsunuz.”
O ve ekibi daha sonra; bazıları kesin olarak farklı boyutlardaki kafeslerde düzenlenmiş, bazı ince liflerin çeşitli konfigürasyonlarında yetiştirilen hücreleri gözlemlemek için, konfokal mikroskopi kullandı. Daha sonra elde edilen çok sayıda görüntü analiz edildi. Yapay zeka yöntemleri kullanılarak; hücre tiplerini ve bunların değişkenliğini, içinde bulundukları liflerin farklı aralıkları ve düzenlemeleriyle, mikro-çevre türleriyle ilişkilendirmek için analiz edildi ve sınıflandırıldı.
Hücreler, kendilerini yapıya bağladıkları yerlerde Fokal Adezyon* olarak bilinen proteinleri oluşturur.
Tourlomousis, “Fokal adezyonlar,** hücrenin dış çevre ile iletişim kurma şeklidir. Bu proteinler, metroloji yapmamıza izin veren hücre gövdesi boyunca ölçülebilir özelliklere sahip. Bu özellikleri nicelendiriyoruz ve bunları tam olarak bireysel hücre şekillerini modellemek ve sınıflandırmak için kullanıyoruz.
Belirli bir örgü benzeri yapı için; hücrelerin, substratın mimarisiyle ve eriyik elektrolizle üretilmiş substratlarla doğrudan birleştirilmiş şekilleri aldığı gözlemleniyor. Bu tür tek biçimli hücre popülasyonları; biyomedikal araştırmalarda potansiyel olarak faydalı olabilir. Hücre şeklinin hücre işlevini yönettiği yaygın olarak bilinmektedir. Bu çalışmanın, hücreye dair cevapları; büyük hassasiyetle mühendislik ve ölçüm için şekil odaklı bir yoldur.”
Son dönemdeki çalışmasında, ekip; bu üç boyutlu baskılı kafeslerde yetişen, belirli tipte kök hücrelerin özelliklerini geleneksel iki boyutlu bir substratta yetişenlere göre daha uzun süre kaybetmeden yaşadıklarını kanıtlıyor. Bu nedenle; bu tür yapılar için tıbbi uygulamalar olabilir, belki de nakil için kullanılabilecek veya yapay organlar oluşturmak için malzeme sağlamada eşit özelliklere sahip, büyük miktarlarda insan hücrelerini büyütmenin bir yolu olabilir. Baskı için kullanılan malzeme; FDA tarafından zaten onaylanmış olan bir polimer eriyiktir.
Hücre fonksiyonu üzerinde; daha sıkı kontrol ihtiyacı, doku mühendisliği ürünlerini kliniğe götürmek için büyük bir engeldir. Tourlomousis; iskele üzerindeki spesifikasyonları sıkılaştırmanın ve böylece hücre fenotipindeki varyansı sıkılaştırmanın herhangi bir adımının bu endüstri tarafından çok gerekli olduğunu söylüyor.
Tourlomousis, baskı sisteminin başka uygulamalara da sahip olabileceğini söylüyor. Örneğin, “metamalzemeler” sayesinde; egzotik optik veya elektronik özellikler üretebilen, katmanlı veya desenli yapılara sahip sentetik malzemeler basmak mümkün olabilir.
*Fokal Adezyon: Hücre biyolojisinde fokal adezyonlar, hücre dışı matris ve etkileşimli bir hücre arasında mekanik kuvvet ve düzenleyici sinyallerin iletildiği büyük makromoleküler düzeneklerdir.
** Adezyon (Yapışma): Farklı parçacıkların veya yüzeylerin birbirine yapışma eğilimidir. Yapışma ve yapışmaya neden olan kuvvetler çeşitli tiplere ayrılabilir.
