Bioprinting af komplekst levende væv på få sekunder

Vævsingeniører skaber kunstige organer og væv, der kan bruges til at udvikle og teste nye lægemidler, reparere beskadiget væv og endda erstatte hele organer i den menneskelige krop. Imidlertid, nuværende fremstillingsmetoder begrænser deres evne til at producere frie former og opnå høj cellelevedygtighed.

Forskere ved Laboratory of Applied Photonics Devices (LAPD), på EPFL's School of Engineering, arbejde med kolleger fra Utrecht University, har fundet frem til en optisk teknik, der tager blot et par sekunder at forme komplekse vævsformer i en biokompatibel hydrogel indeholdende stamceller. Det resulterende væv kan derefter vaskulariseres ved at tilføje endotelceller.

Holdet beskriver denne højopløselige udskrivningsmetode i en artikel, der vises i Avancerede materialer . Teknikken vil ændre den måde, celleteknikspecialister arbejder på, giver dem mulighed for at skabe en ny race af personlige, funktionelle bioprintede organer.

Udskrivning af et lårben eller en menisk

Teknikken kaldes volumetrisk bioprint. For at skabe væv, forskerne projicerer en laser ned i et roterende rør fyldt med en stamcellefyldt hydrogel. De former vævet ved at fokusere energien fra lyset på bestemte steder, som så størkner. Efter blot et par sekunder, en kompleks 3D-form vises, suspenderet i gelen. Stamcellerne i hydrogelen er stort set upåvirket af denne proces. Forskerne introducerer derefter endotelceller for at vaskularisere vævet.

Forskerne har vist, at det er muligt at skabe en vævskonstruktion, der måler flere centimeter, som er en klinisk anvendelig størrelse. Eksempler på deres arbejde omfatter en klap, der ligner en hjerteklap, en menisk og en kompleksformet del af lårbenet. De var også i stand til at bygge sammenlåste strukturer.

"I modsætning til konventionel bioprint - en langsom, lag-for-lag proces – vores teknik er hurtig og giver større designfrihed uden at bringe cellernes levedygtighed i fare, " siger Damien Loterie, en LAPD-forsker og en af ​​undersøgelsens medforfattere.

Replikerer den menneskelige krop

Forskernes arbejde er en sand game changer. "Karakteristika ved menneskeligt væv afhænger i høj grad af en meget sofistikeret ekstracellulær struktur, og evnen til at replikere denne kompleksitet kan føre til en række reelle kliniske anvendelser, " siger Paul Delrot, en anden medforfatter. Ved at bruge denne teknik, laboratorier kunne masseproducere kunstigt væv eller organer med hidtil uset hastighed. Denne form for replikerbarhed er afgørende, når det kommer til at teste nye lægemidler in vitro, og det kunne hjælpe med at undgå behovet for dyreforsøg – en klar etisk fordel såvel som en måde at reducere omkostningerne på.

"Dette er kun begyndelsen. Vi mener, at vores metode i sagens natur er skalerbar til massefremstilling og kan bruges til at producere en bred vifte af cellulære vævsmodeller, for ikke at nævne medicinsk udstyr og personlige implantater, siger Christophe Moser, lederen af ​​LAPD.

Forskerne planlægger at markedsføre deres banebrydende teknik gennem et spin-off.