Metody extrakce kolagenu

Kolagen je přírodní vysokomolekulární protein a důležitý obnovitelný zdroj, který se běžně vyskytuje v kůži, chrupavce a dalších pojivových tkáních zvířat a tvoří 25–30 % všech biologických proteinů [26, 27, 28]. Kolagen má vynikající biologické vlastnosti (např. nízkou imunogenicitu a vysokou biologickou odbouratelnost) a fyzikální vlastnosti (např. vysokou flexibilitu, silnou mechanickou pevnost a strukturní stabilitu a uspokojivou permeabilitu) [29,30, 31]. Má tedy nezastupitelnou roli v mnoha oborech, jako je biomedicína (např. hemostáza [32], antibakteriální [33], tkáňové inženýrství [34], uvolňování léčiv [35, 36]), potravinářství [37, 38], kosmetika [39, 40, 41] a inženýrské aplikace [42, 43, 44, 45, 46]. Se zvyšujícím se zájmem a poptávkou po kolagenu jsou široce zkoumány jeho zdroje a metody extrakce. Běžnými metodami získání kolagenu jsou alkalická extrakce [47], kyselinová extrakce [48], extrakce horkou vodou [49], enzymová extrakce [50] a další extrakční metody [51].

3D tiskové metody pro biomateriály na bázi kolagenu

Biotiskové technologie lze do značné míry rozdělit do tří kategorií podle jejich základních principů tisku (obr. 3) [83], včetně biotisku založeného na inkoustovém tisku (inkjet based bioprinting) [84], biotisku s asistencí tlaku (pressure-assisted bioprinting) [85] a biotisku s asistencí světla (light-assisted bioprinting) [86]. Bioinkoustové materiály na bázi kolagenu prokázaly dobrou tisknutelnost pomocí řady různých technik 3D tisku a lze je formulovat jako tekutiny s nízkou viskozitou, které lze vytlačovat malou tryskou [87]. To umožňuje přesnou kontrolu umístění a tvaru tištěného materiálu při biotisku na bázi inkoustového tisku. Při tisku s asistencí světla je bioinkoust, který lze využít k výrobě struktur s vysokým rozlišením, selektivně ztužen pomocí laserového paprsku. Tato metoda umožňuje přesnou kontrolu tištěného materiálu a lze ji využít k vytváření struktur s vysokou mechanickou pevností. Je však třeba poznamenat, že tisknutelnost bioinkoustů na bázi kolagenu závisí na jejich složení, včetně jejich viskozity, doby gelace a teploty, a také na vlastnostech konkrétní použité tiskové techniky [88].3D tisk bezbuněčného lešení může kontrolovaně vytvářet jak vnitřní póry, tak vnější tvar tištěného konstruktu, aby přitahoval endogenní kmenové buňky vytvořením mikroprostředí příznivého pro buněčný růst a uvolňováním bioaktivních molekul; nebo inokulací buněk přímo na lešení, které poskytuje ideální 3D prostor pro buněčnou adhezi, proliferaci a diferenciaci [88]. Protože uvnitř lešení nejsou žádné živé buňky, materiál lešení může být pečlivěji vybrán a upraven pro lepší funkci. Aby bylo možno vytisknout biomimetické struktury připomínající organické a anorganické složky přirozené kostní tkáně, Kajave et al. [89] kombinovali bioaktivní sklo a metakrylátový kolagen a poté prokázali účinky těchto materiálů na zachování životaschopnosti lidských mezenchymálních kmenových buněk a zvýšení aktivity alkalické fosfatázy. Biotisk s buněčnou náplní (Cell-laden bioprinting) je proces implementace živých buněk do vhodných biomateriálů, aby se vytvořil bioinkoust pro vytvoření trojrozměrné struktury požadované tkáně nebo orgánu a distribuce buněk uvnitř struktury prostřednictvím 3D tisku, který může přímo přivádět buňky na určené místo v těle. Muthusamy a kol. [90] vytiskli trojrozměrnou stabilní strukturu endoteliálních buněk vložených mezi vrstvy fibroblastů po přidání xanthanové gumy ke kolagenu typu I jako bioinkoustu pro zapouzdření buněk. Experimentálně prokázali, že v této struktuře lze vytvořit propojenou síť podobnou kapilární, a schopnost tohoto lešení produkovat cévy má potenciální využití při 3D biotisku různých tkání a orgánů.