Um novo método permite o monitoramento não invasivo do metabolismo do oxigênio em células que são biimpressas 3-D em estruturas vivas complexas. Isso pode contribuir para estudos de crescimento celular e interações em condições semelhantes a tecidos, bem como para o design de construções impressas em 3-D facilitando a maior produtividade de microalgas em biofilmes ou melhor suprimento de oxigênio para células-tronco usadas em esforços de reconstrução de tecido e osso.

Uma equipe internacional de pesquisadores liderada pelo Professor Michael Kühl no Departamento de Biologia, Universidade de Copenhague, acaba de publicar um avanço na bioimpressão 3-D. Junto com colegas alemães na Universidade Técnica de Dresden, O grupo do professor Kühl implementou nanopartículas sensíveis ao oxigênio em um material de gel que pode ser usado para impressão 3-D de complexo, biofilme e estruturas semelhantes a tecido que abrigam células vivas, bem como sensores químicos integrados. O trabalho acaba de ser publicado em Materiais Funcionais Avançados .

Kühl explica:"A impressão 3-D é uma técnica difundida para a produção de objetos em plástico, metal e outros materiais abióticos. Da mesma forma, células vivas podem ser impressas em 3-D em materiais de gel biocompatíveis (bioinks) e tal bioprinting 3-D é um campo em rápido desenvolvimento, por exemplo. em estudos biomédicos, onde as células-tronco são cultivadas em construções impressas em 3-D que imitam a estrutura complexa de tecidos e ossos. Essas tentativas carecem de monitoramento online da atividade metabólica das células que crescem em construções bioimpressas; Atualmente, tais medições dependem amplamente de amostragem destrutiva. Desenvolvemos uma solução com patente pendente para este problema. "

O grupo desenvolveu um bioink funcionalizado através da implementação de nanopartículas sensíveis ao oxigênio luminescentes na matriz de impressão. Quando a luz azul excita as nanopartículas, eles emitem luz luminescente vermelha em proporção à concentração de oxigênio local - quanto mais oxigênio, a menos luminescência vermelha. A distribuição da luminescência vermelha e, portanto, do oxigênio em estruturas vivas bioprinted pode ser visualizada com um sistema de câmera. Isso permite online, monitoramento não invasivo da distribuição e dinâmica de oxigênio que pode ser mapeado para o crescimento e distribuição de células nos construtos 3-D bioprinted sem a necessidade de amostragem destrutiva.

Kühl diz, “É importante que a adição de nanopartículas não altere as propriedades mecânicas do bioink, por exemplo. para evitar estresse celular e morte durante o processo de impressão. Além disso, as nanopartículas não devem inibir ou interferir nas células. Resolvemos esses desafios, como nosso método mostra boa biocompatibilidade e pode ser usado com microalgas, bem como linhas de células humanas sensíveis. "

O estudo publicado recentemente demonstra como bioinks funcionalizados com nanopartículas de sensores podem ser calibrados e usados, por exemplo., para monitorar a fotossíntese e respiração de algas, bem como a respiração de células-tronco em estruturas bioprinted com um ou vários tipos de células.

"Este é um avanço na bioimpressão 3-D. Agora é possível monitorar o metabolismo do oxigênio e o microambiente das células online, e de forma não invasiva em estruturas vivas impressas em 3D intactas, "diz o Prof. Kühl." Um desafio chave no crescimento de células-tronco em estruturas maiores do tipo tecido ou osso é garantir um suprimento de oxigênio suficiente para as células. Com nosso desenvolvimento, agora é possível visualizar as condições de oxigênio em estruturas bioprinted 3-D, que por exemplo permite o teste rápido e a otimização do crescimento de células-tronco em construções de design diferente. "

A equipe está interessada em explorar novas colaborações e aplicações de seus desenvolvimentos. Kühl diz, "A bioimpressão 3-D com bioinks funcionalizados é uma nova tecnologia poderosa que pode ser aplicada em muitos outros campos de pesquisa além da biomedicina. É extremamente inspirador combinar tais materiais avançados, ciência e tecnologia de sensores com minha pesquisa em microbiologia e biofotônica, onde atualmente empregamos bioprinting 3-D para estudar interações microbianas e fotobiologia. "