Australijscy naukowcy dokonują przełomu w druku 3D funkcjonalnych tkanek ludzkich

Zespół australijskich naukowców z Uniwersytetu w Sydney i Instytutu Badań Medycznych Dziecięcych (CMRI) w Westmead opracował metodę tworzenia funkcjonalnych tkanek człowieka, które są w stanie dokładnie naśladować architekturę danego narządu. Nowa technika jest oparta o fotolitograficzny druk 3D. Naukowcy wykorzystali techniki bioinżynierii i hodowli komórkowej, aby „poinstruować” komórki macierzyste pobrane z krwi i skóry do określonej specjalizacji. Komórki mogą następnie tworzyć struktury przestrzenne przypominające narządy. Zespół badawczy koncentruje się teraz na rozwoju swojej techniki, aby rozwijać ją w dziedzinie medycyny regeneracyjnej i szukać nowych metod leczenia szeregu chorób.

Projektem kierowali profesor Hala Zreiqat i dr Peter Newman z Inżynierii Biomedycznej Uniwersytetu w Sydney oraz profesor Patrick Tam, który kieruje Jednostką Badań nad Embriologią CMRI. Swoje osiągnięcia opisali w artykule pt. „Programowanie wzorców wielokomórkowych za pomocą mechano-chemicznie mikrostrukturalnych nisz komórkowych”, który został opublikowany w czasopiśmie Advanced Science.

Komórki wymagają szczegółowych instrukcji w postaci strategicznie rozmieszczonych białek i mechanicznych wyzwalaczy do budowy tkanek. Według dr Newmana bez tych konkretnych instrukcji komórki prawdopodobnie grupują się w nieprzewidywalny i nieprecyzyjny sposób. „Nasza metoda służy jako instrukcja obsługi komórek, umożliwiając im tworzenie tkanek lepiej zorganizowanych i bardziej przypominających ich naturalne odpowiedniki. To ważny krok w kierunku możliwości druku 3D działających tkanek i narządów” – skomentowała profesor Hala Zreiqat.

W ramach tych badań naukowcy wykorzystali nowatorską technikę fotolitograficznego druku 3D do wygenerowania mikroskopijnych sygnałów mechanicznych i chemicznych, które kierują komórki w dokładne i zorganizowane struktury przypominające narządy. Technika została wykorzystana do stworzenia zespołu kostno-tłuszczowego, przypominającego strukturę kości. Metodą tą wytworzono także zespół tkanek przypominający procesy zachodzące we wczesnym rozwoju ssaków.

„W przeszłości komórki macierzyste hodowano w celu wytworzenia wielu typów komórek, ale nie mogliśmy kontrolować sposobu ich różnicowania i układania w strukturach trójwymiarowych” – skomentował profesor Tam. „Dzięki technologii bioinżynieryjnej możemy teraz skierować komórki macierzyste tak, aby utworzyły określone typy komórek i odpowiednio zorganizować je w czasie i przestrzeni, odwzorowując w ten sposób rzeczywisty rozwój narządu”.

Co więcej, badanie to stwarza potencjał w zakresie rozwoju terapii komórkowej i genowej. Zdolność do wytwarzania pożądanych typów komórek może ułatwić produkcję klinicznie istotnych komórek macierzystych do zastosowań terapeutycznych. „Ta metoda ma ogromne implikacje praktyczne. Na przykład w medycynie regeneracyjnej, gdzie istnieje pilna potrzeba przeszczepiania narządów, dalsze badania z wykorzystaniem tego podejścia mogą ułatwić wzrost funkcjonalnych tkanek w laboratorium” – wyjaśniła profesor Hala Zreiqat.

Naukowcy mają szczególną nadzieję, że ich odkrycia mogą pomóc w leczeniu utraty wzroku spowodowanej zwyrodnieniem plamki żółtej i chorobami dziedzicznymi, prowadzącymi do utraty komórek fotoreceptorów siatkówki. „Jeśli za pomocą bioinżynierii uda nam się wygenerować fragment komórek i zobaczyć, jak funkcjonuje cały system, będziemy mogli zbadać terapie wykorzystujące komórki funkcjonalne w celu zastąpienia komórek w oku utraconych z powodu choroby” – stwierdził profesor Tam. „Miałoby to ogromny wpływ, gdybyśmy mogli dostarczyć zdrowe komórki do oka. Niezależnie od tego, czy plamka żółta (obszar siatkówki odpowiedzialny za widzenie centralne) została utracona w wyniku choroby dziedzicznej, czy w wyniku urazu, leczenie byłoby takie samo.

Źródło: www.wiley.com via www.3dprintingindustry.com