Multi-material 3D Bioprinting of Complex Constructs for In-vitro Mechanobiology Studies in Pulmonary Fibrosis
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a chronic lung disease characterized by progressive tissue stiffening, which modifies fibroblasts behavior and drives to disease progression. Previous mechanobiology studies have demonstrated that mechanical cues affect fibroblasts activation and ECM remodeling in the lung. However, current in-vitro models fail to capture the heterogeneous stiffness found in fibrotic lung tissue. Multi-material 3D bioprinting is a technology that enables the fabrication of physiological relevant constructs with different stiffness regions that can mimic in detail the mechanical heterogeneity of diseased tissue. This study aimed to create complex, heterogeneous constructs with stiffness variations to assess their potential as models for mechanobiology studies, focusing on human lung fibroblast (HLF) activation, morphology and density. We developed two- and three- material 3D bioprinted constructs with defined stiffness regions going from 1 to 35 kPa modulus. Gelatin methacrylate (GelMA) or poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) based biomaterial inks at different concentrations were used to control stiffness. To obtain rheological consistency for extrusion bioprinting, Carbopol (CBP) was incorporated to the inks formulations as a rheological modifier. Geometrically complex structures, including meshes and cylinders, were printed to demonstrate the versatility and precision of these inks to create multi-material constructs with regions of defined stiffnesses. We evaluated how material mechanical properties and single- vs multi-material constructs impacted HLF behaviour by culturing them on GelMA-three-material constructs, using α-SMA expression to assess fibroblast-to-myofibroblast transition. In parallel, F-actin and nuclear stains were used to observe changes in cell morphology and density. As expected, HLFs showed stiffness-dependent activation, with increased α-SMA expression in stiffer regions. Multi-material constructs also enhanced regional differences in fibroblast activation compared to the single-material ones. This suggests that fibroblasts in heterogeneous environments may respond more strongly to local stiffness gradients, potentially due to mechanical coupling or signaling across the different regions. These findings align with prior lung mechanobiology studies, reinforcing the role of ECM stiffness in fibroblast activation and disease progression in IPF. By comparing single- and multi-material systems, this study demonstrates the potential of multi-material 3D bioprinting for modeling lung fibrosis, highlighting the unique insights that can be accessed by having a heterogeneous model. This platform could provide a robust tool for disease modeling, drug screening, and therapeutic development for IPF.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».