Volumetric Bioprinting of Organoids and Optically Tuned Hydrogels to Build Liver-Like Metabolic Biofactories

类有机物 自愈水凝胶 纳米技术 3D生物打印 材料科学 生物医学工程 细胞生物学 生物 组织工程 医学 高分子化学
作者
Paulina,manon,Jorge,Marc Marc,Sammy,Nuria Nuria,Gabriel Gabriel,Roos-Anne,Monique,Luc,Paul,Damien,Jos,Christophe,Bart,Riccardo
出处
期刊:CERN European Organization for Nuclear Research - Zenodo 被引量:43
标识
DOI:10.5281/zenodo.6380101
摘要

Organ- and tissue-level biological functions are intimately linked to microscale cell–cell interactions and to the overarching tissue architecture. Together, biofabrication and organoid technologies offer the unique potential to engineer multi-scale living constructs, with cellular microenvironments formed by stem cell self-assembled structures embedded in customizable bioprinted geometries. This study introduces the volumetric bioprinting of complex organoid-laden constructs, which capture key functions of the human liver. Volumetric bioprinting via optical tomography shapes organoid-laden gelatin hydrogels into complex centimeter-scale 3D structures in under 20 s. Optically tuned bioresins enable refractive index matching of specific intracellular structures, countering the disruptive impact of cell-mediated light scattering on printing resolution. This layerless, nozzle-free technique poses no harmful mechanical stresses on organoids, resulting in superior viability and morphology preservation post-printing. Bioprinted organoids undergo hepatocytic differentiation showing albumin synthesis, liver-specific enzyme activity, and remarkably acquired native-like polarization. Organoids embedded within low stiffness gelatins (<2 kPa) are bioprinted into mathematically defined lattices with varying degrees of pore network tortuosity, and cultured under perfusion. These structures act as metabolic biofactories in which liver-specific ammonia detoxification can be enhanced by the architectural profile of the constructs. This technology opens up new possibilities for regenerative medicine and personalized drug testing.
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