Opracowanie biotuszy do druku 4D rusztowań hydrożelowych zdolnych do transformacji kształtu

Numer: 1820/83/Z01/2023 
Program/Konkurs: Inicjatywa Doskonałości – Uczelnia Badawcza (IDUB), YOUNG PW
Jednostka finansująca: Politechnika Warszawska
Kierownik projektu: dr inż. Joanna Idaszek
Czas realizacji: 01.07.2023 – 31.12.2024
Wartość dofinansowania: 149 999,00 zł
Całkowity koszt inwestycji: 149 999,00 zł 

Opis:  

Ubytki kostno-chrzęstne (OCD) to zmiany zwyrodnieniowe chrząstki stawowej i kości podchrzęstnej powstałe w wyniku urazu lub choroby. Zapadalność na nie wzrasta ze względu na bardziej aktywny tryb życia i starzenie się społeczeństwa; szacuje się, że około 15% światowej populacji wymaga leczenia stawów. Inżynieria tkankowa (TE) jawi się jako obiecująca alternatywa dla stosowanych obecnie metod leczenia chirurgicznego. 

Biodrukowanie 3D (3D-BP) to wspomagana komputerowo technologia polegająca na osadzeniu zawiesin żywych komórek w roztworach biopolimerów, tzw. biotuszy, z dużą kontrolą przestrzenną, co umożliwia odtworzenie złożonego mikro-środowiska tkanek. Jednak konwencjonalne 3D-BP nie pozwala na wytwarzanie obiektów 3D o skomplikowanych kształtach odzwierciedlających np. anatomiczny kształt powierzchni stawowej. Dlatego w ciągu ostatnich kilku lat zaproponowano kolejną generację biodrukowania, wprowadzając czas jako parametr procesu drukowania (biodrukowanie 4D, 4D-BP). Rusztowania wytworzone za pomocą 4D-BP ulegają zmianie kształtu pod wpływem specyficznego bodźca, np. pęcznienia.  

Celem projektu jest opracowanie biotuszy do 4D-BP rusztowań hydrożelowych zdolnych do transformacji kształtu pod wpływem sił skurczowych wywieranych na hydrożel przez enkapsulowane w nim komórki w trakcie hodowli in vitro. Demineralizowana i decelularyzowana macierz zewnątrzkomórkowa kości (dECM) zostanie poddana metakrylacji w celu wytworzenia metakrylanu dECM (dECM-MA) o różnych stopniach metakrylacji. Następnie określony zostanie wpływ stopnia metakrylacji na właściwości mechaniczne, współczynniki pęcznienia oraz współczynniki kurczenia indukowanego przez komórki. Aby potwierdzić słuszność koncepcji, biotusze dECM-MA zostaną użyte do wytworzenia części kostnej rusztowania kostno-chrzęstnego poprzez biodrukowanie 4D razem z biotuszem chrzęstnym opracowanym w naszych poprzednich badaniach. Wytworzone w ten sposób rusztowania wielomateriałowe zostaną poddane czasoprzestrzennej transformacji indukowanej siłami wywieranymi przez komórki w trakcie hodowli in vitro, w wyniku której rusztowania płasko-równoległe zostaną przekształcone w rusztowania z krzywiznami naśladującymi naturalne geometrie powierzchni stawowych.