Controlling gel consistency

Hvorfor skal man gjøre det lurer du kanskje på da? Det er et økende behov for nye tilnærminger å rekonstruere vev og organer i menneskekroppen, som ikke fungerer lenger. Ved å etterligne menneskelig vev på laboratoriet kan vi skape syntetiske alternativer som kan fylle gapet i kirurgien og innen medisin leveranser.

Det forskerne ønsker er å bruke menneskenes egne celler til å hjelpe kroppen å heles. Her kommer alginatgelen til sin rett, og da særlig gel som er produsert av tang og tare. Denne gelen har den egenskapen at menneskecellene føler seg hjemme der. De overlever, vokser og trives og kan dermed benyttes innen biomedisin.

David Basset utforsker hvordan kan kan kontrollere hvordan en gel stivner slik at det er mulig å bruke den i 3D-printere. Da kan den være mettet av levende celler og inngå som en ingrediens i printing av et øre for eksempel.

Fra gel til printer
Utfordringen med gelen er å ha god nok kontroll når den går fra flytende til fast form. Skal slikt materiale i kombinasjon med celler benyttes til 3D-printing må man styre prosessen slik at den er forenlig med levende celler. Utfordringen er å ha god nok kontroll nå gelen går fra flytende til fast form. Det har forskerne og oppfinnerne David Bassett og Armend Håti klart.

-Ved å kontrollere den kan forme gelen slik vi vil ha den før den stivner helt. Og ved å ha kontroll på stadiene kan vi bruke den i en 3D-printer, sier David Bassett.

Forskningsprosjektet med støtte fra NTNU Discovery hadde som formål å bevise at flytende gel kan brukes i 3D-printing. Dette klarte de fordi Bassett og Håti vet hvordan de kontrollerer gelens faser fra flytende til fast.

– Jeg kjøpte en 3D-printer som er hyllevare, deretter tilpasset jeg den slik at den også kunne printe en gel og ikke bare varm plast som den laget for å gjøre. Dette var kjernen i prosjektet – og det at jeg lykkes med dette, og printe gel, gjør at vi kan bruke gelen i videre forskning, sier Bassett.

Enkelt og elegant
– Metoden for å kontrollere stivelsesprosessen er forholdsvis enkel og elegant, sier Suzanne Øverlie som er prosjektleder fra NTNU TTO. – Det er nesten merkelig at ingen har kommet på det før. Patentsøknad er sendt og godkjenning av den ser lovende ut.

– Rent praktisk produserer vi gelen ved at vi mikser en løsning med en annen løsning. Resultatet blir en fast, men fleksibel gel. I eksisterende prosedyrer brukes lite cellevennlige stoffer og da kan de ikke brukes i forbindelse med biologiske applikasjoner. Disse metodene gir oss heller ikke den nødvendige kontrollen for å kunne printe 3D, så vår egen metode løste to utfordringer for bio-printing, forklarer David Bassett

Suzanne Øverlie som er prosjektleder fra NTNU TTO jobber tett med Basset og teamet for å komme i mål. 

Teamet har også fått midler fra FORNY til å gjennomføre et forprosjekt. Her har de forsket på hvordan de kan kapsle inn celler ved å bruke en teknikk som kalles «microfluidics». Dette er et relativt nytt felt hvor de før har slitt med innkapsling på grunn av lite kontroll over gelingsmekanismen. Dette førte igjen til blokkering av kanaler, i tillegg døde cellene som ble kapslet etter kort tid. Miljøet var ikke optimalt.

– Med vår metode kan vi å kapsle en enkelt celle i en picoliter dråpe(en trillion del av en liter) med gel. Det gir oss mange bruksmuligheter inn mot for eksempel «lab on a chip». I et videre perspektiv kan dette materialet benyttes til å levere medisiner hvor man vil i kroppen, eller kanskje til å dyrke «reservedeler» til menneskekroppen, selv om dette er vanskelig. Den store driven i dette er på mange måter å få kroppen til å reparere seg selv med en hjelpende hånd fra gelen med celler, sier David Bassett. – Dette vil på sikt åpne opp for en rekke muligheter innen biomaterialer.