Leveraging 3D Bioprinting and Photon‐Counting Computed Tomography to Enable Noninvasive Quantitative Tracking of Multifunctional Tissue Engineered Constructs

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作者
Carmen J. Gil,Connor J. Evans,Lan Li,Alex J. Allphin,Martin L. Tomov,Linqi Jin,Merlyn Vargas,Boeun Hwang,Jing Wang,Victor R. Putaturo,Gabriella Kabboul,Anjum S. Alam,Roshni Nandwani,Yuxiao Wu,Asif Shahriyar Sushmit,Travis Fulton,Ming Shen,Jarred Kaiser,Liqun Ning,Rémi Veneziano
出处
期刊:Advanced Healthcare Materials [Wiley]
卷期号:12 (31): e2302271-e2302271 被引量:15
标识
DOI:10.1002/adhm.202302271
摘要

Abstract 3D bioprinting is revolutionizing the fields of personalized and precision medicine by enabling the manufacturing of bioartificial implants that recapitulate the structural and functional characteristics of native tissues. However, the lack of quantitative and noninvasive techniques to longitudinally track the function of implants has hampered clinical applications of bioprinted scaffolds. In this study, multimaterial 3D bioprinting, engineered nanoparticles (NPs), and spectral photon‐counting computed tomography (PCCT) technologies are integrated for the aim of developing a new precision medicine approach to custom‐engineer scaffolds with traceability. Multiple CT‐visible hydrogel‐based bioinks, containing distinct molecular (iodine and gadolinium) and NP (iodine‐loaded liposome, gold, methacrylated gold (AuMA), and Gd 2 O 3 ) contrast agents, are used to bioprint scaffolds with varying geometries at adequate fidelity levels. In vitro release studies, together with printing fidelity, mechanical, and biocompatibility tests identified AuMA and Gd 2 O 3 NPs as optimal reagents to track bioprinted constructs. Spectral PCCT imaging of scaffolds in vitro and subcutaneous implants in mice enabled noninvasive material discrimination and contrast agent quantification. Together, these results establish a novel theranostic platform with high precision, tunability, throughput, and reproducibility and open new prospects for a broad range of applications in the field of precision and personalized regenerative medicine.
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