A Reproducible MRI-Based Pipeline for Longitudinal Tracking of Laser-Assisted Bioprinted Cells in Three-Dimensional Constructs.

چکیده اصلی

Laser-assisted bioprinting (LAB) enables precise spatial patterning of living cells within three-dimensional constructs; however, the lack of non-destructive, standardised methods for longitudinal evaluation remains a major limitation to construct optimisation and translation. Magnetic resonance imaging (MRI) offers unique advantages for volumetric and repeated imaging due to its non-invasiveness, yet its application to complex multilayer bioprinted constructs has not been systematically assessed using quantitative workflows. In this study, we developed and evaluated an MRI-based pipeline for the longitudinal tracking and quantitative analysis of laser-assisted bioprinted cells within three-dimensional constructs of increasing architectural complexity. Iron oxide-labelled endothelial cells were bioprinted onto gelatin-based biopapers in predefined patterns and assembled into constructs composed of three, six or nine stacked layers. Constructs were monitored at 4.7 T using a high-resolution three-dimensional steady-state free precession sequence for up to 35 days, and quantitative image analysis was independently performed by three operators using the open-source 3D Slicer image computing platform. MRI enabled clear visualisation of printed patterns and multilayer architectures over time due to the signal drop induced by iron oxide particles. Quantitative analysis demonstrated high inter-operator reproducibility and revealed construct thickness-dependent differences in volume and signal-to-noise ratio. As a proof of concept, stacked bioprinted constructs were additionally visualised post-mortem in a murine calvarial defect model, enabling discrimination of individual layers and printed patterns. Together, these results establish MRI as a robust, non-destructive tool for the longitudinal evaluation of complex laser-assisted bioprinted constructs.

ترجمه فارسی چکیده

چاپ‌سازی زیستی با کمک لیزر (LAB) امکان الگو‌گذاری مکانی دقیق سلول‌های زنده در ساختارهای سه‌بعدی را فراهم می‌کند، اما نبود روش‌های استاندارد و غیرمخرب برای ارزیابی طولی، مانعی بزرگ برای بهینه‌سازی و ترجمه است. MRI به دلیل غیرتهاجمی بودن، مزیت‌های منحصر به فردی برای تصویربرداری حجمی و تکراری دارد، اما کاربرد آن در ساختارهای پیچیده چندلایه چاپ‌شده با کمک لیزر هنوز به طور سیستماتیک ارزیابی نشده است. در این مطالعه، یک خط لوله مبتنی بر MRI برای ردیابی طولی و تحلیل کمی سلول‌های چاپ‌شده با کمک لیزر در ساختارهای سه‌بعدی با پیچیدگی معماری متفاوت توسعه و ارزیابی شد. سلول‌های اندوتلیال برچسب‌گذاری شده با اکسید آهن روی کاغذهای ژلاتینی چاپ شدند و به ساختارهای متشکل از سه، شش یا نه لایه چیده شدند. ساختارها با استفاده از یک سری سه‌بعدی ثابت-آزاد پیش‌رونده با رزولوشن بالا در 4.7 تسرا برای تا ۳۵ روز پایش شدند و تحلیل تصویر کمی به طور مستقل توسط سه اپراتور با استفاده از پلتفرم محاسباتی تصویر 3D Slicer انجام شد. MRI به دلیل افت سیگنال ناشی از ذرات اکسید آهن، قادر به مشاهده واضح الگوها و معماری‌های چندلایه در طول زمان بود. تحلیل کمی نشان‌دهنده تکرارپذیری بالا بین اپراتورها بود و تفاوت‌های وابسته به ضخامت ساختار در حجم و نسبت سیگنال به نویز را آشکار کرد. به عنوان یک مفهوم اثبات، ساختارهای چاپ‌شده چندلایه نیز پس از مرگ در مدل نقص جمجمه موشک، به صورت پس از مرگ مشاهده شدند که امکان تفکیک لایه‌های فردی و الگوهای چاپ‌شده را فراهم کرد. این نتایج، MRI را به عنوان یک ابزار قوی و غیرمخرب برای ارزیابی طولی ساختارهای پیچیده چاپ‌شده با کمک لیزر تثبیت می‌کنند.

متن کامل اصلی