V. VẬT LIỆU SINH HỌC TẠO KHUNG (SCAFFOLD) TRONG KỸ NGHỆ MƠ
V.7.SFF trong kỹ nghệ mơ (2003)
Việc kiểm sốt bằng máy tính những phần bên trong phức tạp của scaffold, như là kích thước lỗ, trạng thái xốp, sự phân bố lỗ và một hệ thống mạch nhân tạo bằng kỹ thuật SFF là một thuận lợi lớn cho kỹ nghệ mơ. Ở đây, một hệ thống mạch nhân tạo được định nghĩa là bất kỳ cấu trúc nào chứa bên trong scaffold mà cung cấp và duy trì sự vận chuyển đầy đủ oxy và dưỡng chất cho tế bào, loại bỏ các chất thải từ tế bào trong khắp scaffold.
Tạo các scaffold từ PLLA và PLGA bằng cách in chloroform lên trên một nền các hạt này. Chloroform làm polymer trương phồng, hịa tan và cuối cùng gắn với các hạt kế cận khi dung mơi bay hơi. Các scaffold PLGA được chế tạo bằng kỹ thuật 3DP và dùng trong kỹ nghệ mơ gan. 3DP được sử dụng để tạo ra một
mạng lưới phức tạp gồm các kênh dài và trịn trong khắp chiều dài của scaffold. Các kênh cĩ đường kính khoảng 800µm. Bột PLGA cũng chứa các hạt NaCl mà được loại bỏ bằng cách lọc qua nước cất để tạo các vi lỗ bên trong scaffold. 3DP cĩ trở ngại do đây là quy trình dựa trên bột nên khĩ loại bỏ phần bột nâng đỡ từ các phần kênh phức tạp sâu bên trong scaffold. Hơn nữa, các dung mơi hữu cơ được sử dụng làm tác nhân kết dính. Sau khi làm khơ 1 tuần, vẫn cịn lại 0.5% wt (5000ppm) chloroform trên mẫu. Trong khi theo US Pharmacopoeia thì dư lượng chloroform cho phép trong thuốc là 60ppm. Gần đây, các nghiên cứu đã sử dụng CO2 lỏng để trích chloroform thừa. Kỹ thuật này làm giảm mức chloroform xuống dưới 50ppm. Nước cũng đã được sử dụng làm tác nhân kết dính trong 3DP để chế tạo scaffold polymer dựa trên tinh bột. Tuy nhiên, cần cĩ dung dịch PLLA và PCL trong methylene chloride ngấm qua các scaffold xốp để làm tăng độ bền cơ học.
Sử dụng SLA để chế tạo các bộ phận bằng gốm. Sử dụng kỹ thuật SLA để tạo các dung dịch alumin, silicon nitride và hạt silica chứa trong monomer UV- photocurable. Việc xử lý monomer khiến cho các hạt gốm kết dính với một khối màu xanh. Tác nhân kết dính được loại bỏ bằng sự nhiệt phân và các bộ phận gốm được nung kết. Một dung dịch hydroxyapatite (HA) trong monomer photocurable được đưa ra để tạo các scaffold HA cho bộ phận hốc mắt giả bằng kỹ thuật này.
Các scaffold dạng tổ ong được tạo ra từ các sợi PCL bằng kỹ thuật FDM. Độ xốp khoảng 48 – 77% phụ thuộc vào đường kính của đầu phun. Kích thước của kênh khoảng 160mm theo chiều dọc và 700µm theo chiều ngang. Các fibroblast người được nuơi cấy trên scaffold PCL này đã bám trên các thanh và hình thành mạng lưới nội liên kết tế bào - tế bào và tế bào – ECM trong khắp cấu trúc dạng tổ ong 3D. FDM là một kỹ thuật thu hút cho scaffold kỹ nghệ mơ vì khơng sử dụng các dung mơi hữu cơ độc. Tuy nhiên, do FDM hoạt động ở nhiệt độ cao (1200C) nên khơng thể đưa các phân tử sinh học vào quy trình. Scaffold poly(ethylene glycol terephthalate)/ poly(butylenes terephthalate) được chế tạo bằng kỹ thuật FDM.
Một hệ thống tồn diện hơn mà cĩ khả năng tạo dạng tan chảy nĩng, dung dịch, keo nhão, dạng phân tán của các polymer cũng như các monomer và các oligomer phản ứng là Plotter 3D. Các scaffold được chế tạo từ PLA, PLGA và PCL bằng hệ thống này. Tuy nhiên, cĩ lẽ điểm hấp dẫn nhất của Plotter 3D là dùng để tạo các scaffold hydrogel. Các sợi hydrogel mỏng được nâng đỡ bằng việc hịa agar trong mơi trường lỏng cĩ tỷ trọng và sự phân cực tương xứng. Dung dịch agar được làm nĩng đến 700C và sau đĩ pha thành dung dịch gel lỏng được giữ ở 200C. Sự gel hĩa agar để tạo một gel ổn định về cơ học. Các fibroblast và tế bào sarcom xương bám dính trên các scaffold agar được cải tiến bằng cách tạo một lớp phủ dựa trên phản ứng của ion calci với acid hyaluronic và acid alginic. Việc xử lý làm cho bề mặt scaffold nhám hơn và làm tăng sự bám dính của tế bào. Tuy nhiên, việc tạo các scaffold hydrogel dạng gel rất khĩ vì gel khơng ổn định ở 370C. Các scaffold hydrogel sợicũng được chế tạo theo phương pháp phản ứng Plotter. 3D Plotter hịa một dung dịch acid alginic và fibrinogen vào trong một dịch lỏng chứa
thrombin và ion calci. Thrombin là enzym xúc tác phản ứng polymer hĩa fibrinogen thành fibrin. Trong cơ thể người, fibrin cũng được tạo thành theo quá trình này khi hình thành cục máu đơng. Do phản ứng plot thực hiện được ở 370C nên cĩ thể đưa tế bào vào dung dịch pha và tạo ra các hydrogel cĩ các loại tế bào khác nhau trong khắp scaffold.
Cĩ một hệ thống gọi là hệ thống Rapid prototyping robotic dispensing (RPBOD) hoạt động giống nguyên tắc của 3D Plotter. RPBOD được sử dụng để chế tạo scaffold chitosan 3D và chitosan-HA. Các dung dịch chitosan hoặc chitosan-HA được đưa vào mơi trường NaOH và ethanol để tủa chitosan. Nồng độ NaOH là quan trọng trong việc kiểm sốt sự bám dính giữa các lớp. Sau đĩ, các scaffold được hydrat hĩa, đơng lạnh và làm khơ lạnh. Trước khi nuơi cấy tế bào, các scaffold được phủ với keo fibrin.