Ingeniører hacker cellebiologi for at skabe 3D-former fra levende væv

Mange af de komplekse foldede former, der danner pattedyrsvæv, kan genskabes med meget enkle instruktioner, UC San Francisco bioingeniører rapporterer 28. december i tidsskriftet Udviklingscelle . Ved at mønstre mekanisk aktive mus eller humane celler til tynde lag af ekstracellulære matrixfibre, forskerne kunne lave skåle, spoler, og krusninger ud af levende væv. Cellerne samarbejdede mekanisk gennem en bane af disse fibre for at folde sig selv op på forudsigelige måder, efterligner naturlige udviklingsprocesser.

"Udviklingen begynder at blive et lærred til teknik, og ved at bryde kompleksiteten i udviklingen ned i enklere tekniske principper, forskere begynder at forstå bedre, og i sidste ende kontrol, den grundlæggende biologi, "siger seniorforfatter Zev Gartner, en del af Center for Cellular Construction ved University of California, San Francisco. "I dette tilfælde, mekanisk aktive cellers iboende evne til at fremme ændringer i vævsform er et fantastisk chassis til at bygge komplekse og funktionelle syntetiske væv. "

Labs bruger allerede 3D-print eller mikroformning til at skabe 3D-former til vævsteknik, men det endelige produkt savner ofte centrale strukturelle træk ved væv, der vokser i henhold til udviklingsprogrammer. Gartner-laboratoriets tilgang bruger en præcis 3D-cellemønsterteknologi kaldet DNA-programmeret samling af celler (DPAC) til at oprette en indledende rumlig skabelon af et væv, der derefter folder sig til komplekse former på måder, der replikerer, hvordan væv samler sig hierarkisk under udvikling .

"Vi begynder at se, at det er muligt at nedbryde naturlige udviklingsprocesser til tekniske principper, som vi derefter kan genanvende for at bygge og forstå væv, "siger første forfatter Alex Hughes, en postdoktor ved UCSF. "Det er en helt ny vinkel inden for vævsteknik."

"Det var forbløffende for mig om, hvor godt denne idé fungerede, og hvor simpelthen cellerne opfører sig, "Gartner siger." Denne idé viste os, at når vi afslører robuste udviklingsmæssige designprincipper, hvad vi kan gøre med dem fra et ingeniørperspektiv er kun begrænset af vores fantasi. Alex var i stand til at lave levende konstruktioner, der formforandrede sig på måder, der var meget tæt på, hvad vores enkle modeller forudsagde. "

Gartner og hans team er nu nysgerrige efter at vide, om de kan sy det udviklingsprogram, der styrer vævsfoldning sammen med andre, der styrer vævsmønstre. De håber også at begynde at forstå, hvordan celler differentierer som reaktion på de mekaniske ændringer, der opstår under vævsfoldning in vivo, tager inspiration fra bestemte stadier af embryoudvikling.