3D-биопечать фотосшиваемых биочернил на основе шелкового метакрилата (SilMA) и полиэтиленгликольдиакрилата (PEGDA) для тканевой инженерии хряща

Повреждение суставного хряща создаёт огромную нагрузку на систему здравоохранения во всём мире из-за крайне низкой способности хряща к самостоятельной регенерации. 3D-биопечать конструкций, имитирующих хрящевую ткань, с использованием композитных биочернил представляет собой перспективное направление. Однако широкое внедрение этой технологии ограничивают сложности разработки подходящих биочернил и присущая химическому сшиванию токсичность. Для решения этой проблемы необходимы биочернила на основе фотополимеризуемого гидрогеля, способные воспроизводить сложное микроокружение хрящевой ткани. В настоящей работе фотосшиваемые биочернила, содержащие различные концентрации шелкового метакрилата (SilMA) и полиэтиленгликольдиакрилата (PEGDA), смешивали с хондроцитами для изготовления 3D-биопечатных конструкций хрящевой ткани. Исследовали реологические свойства и печатаемость биочернил, физико-химические характеристики напечатанных гидрогелевых конструкций, а также образование хрящевой ткани. Напечатанные гидрогелевые конструкции SilMA–PEGDA обладали оптимальной внутренней пористой структурой и демонстрировали наиболее надёжные реологические свойства и печатаемость, а также хорошие механические характеристики и свойства деградации, подходящие для регенерации хряща. Окрашивание живых и мёртвых клеток показало цитосовместимость 3D-биопечатных конструкций SilMA–PEGDA. Кроме того, по мере культивирования в хрящевой ткани отмечалось значительное увеличение числа клеток и содержания ДНК, что подтверждалось количественной оценкой жизнеспособности клеток и содержания ДНК. Биохимический анализ подтвердил формирование новообразованной хрящевой ткани в биопечатных конструкциях SilMA–PEGDA: с течением времени усиливалось отложение специфических для хряща компонентов внеклеточного матрикса — сульфатированных гликозаминогликанов (sGAG) и коллагена II типа; содержание последнего увеличилось более чем в 2 раза (p < 0,001). Наконец, иммуногистохимический анализ выявил экспрессию коллагена II типа и аггрекана, что подтвердило формирование хрящевой ткани. Таким образом, биочернила SilMA–PEGDA могут быть подходящим материалом для биопечати хондроцитов с целью восстановления и регенерации хрящевой ткани.