Hurtig magnetisk 3-D print af menneskelige celler

Forestil dig at kunne besøge din læge, og i stedet for at blive givet en ensartet behandling, du får en specifikt tilpasset medicin til dine symptomer.

Et hold af McMaster University-ingeniører har fundet en måde at bruge 3-D-printteknologi til at skabe kunstige tumorer for at hjælpe forskere med at teste nye lægemidler og terapier, som kan føre til personlig medicin.

I øjeblikket, for forskere til at studere menneskers sundhed, test er meget dyrt og tidskrævende.

Forskning for at lære om sygdomme udføres typisk i laboratoriemiljøer, for eksempel ved at skabe et enkelt lag af menneske- eller dyreceller – 2-D-modeller – for at teste lægemidler og hvordan de påvirker menneskelige celler. Alternativt dyremodeller bruges til at studere sygdomsforløbet.

Hvis realistiske 3-D celleklynger, med flere lag af celler, kan fremstilles, der bedre efterligner betingelser inde i kroppen, så har dette potentiale til at eliminere brugen af ​​dyr i forsøg.

Anført af Ishwar K. Puri, en professor i maskinteknik og biomedicinsk teknik, McMaster-teamet har udviklet en ny metode, der bruger magneter til hurtigt at printe 3-D celleklynger.

At gøre dette, McMaster-holdet brugte magnetiske egenskaber af forskellige materialer, herunder celler. Nogle materialer er stærkt tiltrukket, eller modtagelige, til magneter end andre. Materialer med højere magnetisk modtagelighed vil opleve stærkere tiltrækning af en magnet og bevæge sig hen imod den. Det svagt tiltrukket materiale med lavere modtagelighed forskydes til lavere magnetfeltområder, der ligger væk fra magneten.

Ved at designe magnetiske felter og omhyggeligt arrangerede magneter, det er muligt at bruge forskellene i to materialers magnetiske følsomhed til kun at koncentrere et i et volumen.

Holdet formulerede bioblæk ved at suspendere humane brystkræftceller i et cellekulturmedium, der indeholdt det magnetiske salthydrat, Gd-DTPA. Ligesom de fleste celler, disse brystkræftceller tiltrækkes meget svagere af magneter end Gd-DTPA, som er et FDA-godkendt MRI-kontrastmiddel til brug hos mennesker. Derfor, når et magnetfelt påføres, salthydratet bevæger sig mod magneterne, forskydning af cellerne til et forudbestemt område med minimal magnetisk feltstyrke. Dette frø til dannelsen af ​​en 3-D celleklynge.

Ved at bruge denne metode, holdet printede 3D-kræfttumorer inden for seks timer. Der blev udført test for at bekræfte, at salthydratet er ikke-toksisk for celler, og de arbejder nu på mere komplekse bioblæk til at printe celleklynger, der bedre kan efterligne menneskeligt væv.

I fremtiden, tumorer, der indeholder kræftceller, kan hurtigt skabes gennem 3-D-print, og reaktioner fra disse kunstige tumorer på lægemidler, der hurtigt testes, med snesevis af eksperimenter, der udføres samtidigt. Udskrivning af menneskelignende celleklynger tilbyder også en fremtidig vej til 3D-printning af flere væv og organer.

Deres studie, "Hurtig magnetisk 3-D print af cellulære strukturer med MCF-7 celle blæk, " blev offentliggjort i 4. februar-udgaven af Forskning , et Science-partnertidsskrift.

"Vi har udviklet en teknisk løsning til at overvinde nuværende biologiske begrænsninger. Den har potentiale til at fremskynde vævsteknologi og regenerativ medicin, " sagde Sarah Mishriki, en ph.d. kandidat på School of Biomedical Engineering og hovedforfatter. "Evnen til hurtigt at manipulere celler i et pengeskab, kontrollerbar og ikke-kontakt måde giver os mulighed for at skabe de unikke cellelandskaber og mikroarkitekturer, der findes i menneskeligt væv, uden brug af et stillads."

"Denne magnetiske metode til at producere 3-D celleklynger bringer os tættere på hurtigt og økonomisk at skabe mere komplekse modeller af biologiske væv, hurtigere opdagelse i akademiske laboratorier og teknologiske løsninger til industrien, " sagde Rakesh Sahu, en forskningsmedarbejder.