Neue Methode ein Schritt in Richtung zukünftiger 3D-Druck von menschlichem Gewebe

Ein Team aus Bioingenieuren und biomedizinischen Wissenschaftlern der Universität Sydney und des Children’s Medical Research Institute (CMRI) in Westmead hat mithilfe des 3D-Fotolithografiedrucks eine komplexe Umgebung für den Aufbau von Gewebe geschaffen, die die Architektur eines Organs nachahmt.

Die Teams wurden von Professor Hala Zreiqat und Dr. Peter Newman von der School of Biomedical Engineering der University of Sydney und dem Entwicklungsbiologen Professor Patrick Tam geleitet, der die Embryology Research Unit des CMRI leitet. Ihr Artikel wurde veröffentlicht in Fortgeschrittene Wissenschaft.

Mithilfe biotechnologischer und zellkultureller Methoden wurde die Technik eingesetzt, um Stammzellen, die aus Blut- oder Hautzellen gewonnen wurden, dazu zu bringen, spezialisierte Zellen zu werden, die sich zu einer organähnlichen Struktur zusammenfügen können.

Ähnlich wie die Nadel eines Plattenspielers durch die Rillen von Schallplatten navigiert, um Musik zu erzeugen, nutzen Zellen strategisch positionierte Proteine ​​und mechanische Auslöser, um durch ihre komplexe Umgebung zu navigieren und dabei Entwicklungsprozesse zu reproduzieren. Die neueste Forschung des Teams nutzte mikroskopische mechanische und chemische Signale, um die zellulären Aktivitäten während der Entwicklung nachzubilden.

Professor Hala Zreiqat sagte: „Unsere neue Methode dient als Anleitung für Zellen und ermöglicht es ihnen, Gewebe zu schaffen, die besser organisiert sind und ihren natürlichen Gegenstücken ähnlicher sind. Dies ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg, funktionierende Gewebe und Organe in 3D zu drucken.“ “

Dr. Newman sagte, der Bau von Geweben aus Zellen erfordere detaillierte Anweisungen, nicht unähnlich dem Bau eines Gebäudes aus vielen verschiedenen Teilen: „Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, ein Lego-Schloss zu bauen, indem Sie die Blöcke zufällig auf einem Tisch verteilen und hoffen, dass sie an die richtige Stelle fallen.“ Auch wenn jeder Block so konzipiert ist, dass er mit anderen verbunden werden kann, würde man ohne einen klaren Plan wahrscheinlich am Ende etwas erhalten, das eher wie ein großer Stapel getrennter Legosteine ​​als wie eine Burg aussieht.“

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„Das Gleiche gilt für den Aufbau von Organen und Geweben aus Zellen: Ohne spezifische Anweisungen würden sich die Zellen wahrscheinlich unvorhersehbar in den falschen Strukturen zusammenschließen. Was wir effektiv getan haben, ist einen Schritt-für-Schritt-Prozess zu erstellen, der jeden Baustein leitet.“ wohin es gehen soll und wie es sich mit den anderen verbinden soll“, sagte Dr. Newman.

„Im Einklang mit diesem Ansatz wenden wir in unserer kürzlich veröffentlichten Arbeit eine neue 3D-Druckmethode an, um Anweisungen für Zellen zu definieren, die sie bei der Bildung organisierterer und genauerer Strukturen unterstützen. Dadurch haben wir eine Knochen-Fett-Anordnung geschaffen, die der Struktur von ähnelt Knochen und eine Ansammlung von Geweben, die Prozessen während der frühen Säugetierentwicklung ähneln.

Die Erforschung komplexer Gewebe- und organähnlicher Strukturen, sogenannte Organoide, hilft Forschern zu verstehen, wie sich Organe entwickeln und funktionieren und wie Krankheiten, die das Organ betreffen, durch genetische Mutationen und Entwicklungsfehler verursacht werden können. Die Erkenntnisse aus der Studie ermöglichen auch die Entwicklung von Zell- und Gentherapien für Krankheiten. Die Fähigkeit, die gewünschten Zelltypen zu erzeugen, bietet darüber hinaus die Möglichkeit, klinisch relevante Stammzellen für therapeutische Zwecke zu produzieren.

Professor Hala Zreiqat sagte: „Über das Verständnis der komplizierten ‚Bedienungsanleitung‘ des Lebens hinaus hat diese Methode immense praktische Auswirkungen. Beispielsweise in der regenerativen Medizin, wo ein dringender Bedarf an Organtransplantationen besteht, könnte weitere Forschung mit diesem Ansatz das Wachstum fördern.“ von funktionellem Gewebe im Labor. Stellen Sie sich eine Zukunft vor, in der die Warteliste für Organtransplantationen drastisch verkürzt werden könnte, weil wir im Labor solche Gewebe erzeugen können, die ihren natürlichen Vorbildern hinreichend ähneln.“

Dr. Newman sagte: „Darüber hinaus könnte diese Technologie die Art und Weise, wie wir Krankheiten untersuchen und verstehen, revolutionieren. Durch die Erstellung genauer Modelle erkrankter Gewebe können wir den Krankheitsverlauf und die Behandlungsreaktionen in einer kontrollierten Umgebung beobachten. Wir hoffen, dass dies eines Tages zu mehr Wirksamkeit führen könnte.“ Behandlungen und sogar Heilmittel für Krankheiten, die derzeit schwer zu bekämpfen sind.“

Professor Tam vom CMR sagte: „In der Vergangenheit wurden Stammzellen gezüchtet, um viele Zelltypen zu erzeugen, aber wir konnten nicht kontrollieren, wie sie sich in 3D differenzieren und zusammensetzen.“

„Mit dieser biotechnologischen Technologie können wir nun die Stammzellen dazu bringen, bestimmte Zelltypen zu bilden und diese Zellen zeitlich und räumlich richtig zu organisieren und so die reale Entwicklung des Organs nachzubilden.“

Die Forscher sind zuversichtlich, dass die Forschung das Potenzial hat, Sehverlust zu behandeln, der durch Erkrankungen wie Makuladegeneration und Erbkrankheiten verursacht wird, die zum Verlust von Photorezeptorzellen in der Netzhaut führen.

Professor Tam sagte: „Wenn wir durch Biotechnik ein Stück Zellen erzeugen und sehen können, wie das gesamte System funktioniert, dann können wir Therapien untersuchen, die funktionelle Zellen verwenden, um Zellen im Auge zu ersetzen, die aufgrund einer Krankheit verloren gegangen sind.“

„Es hätte große Auswirkungen, wenn wir gesunde Zellen in das Auge einbringen könnten. Unabhängig davon, ob die Makula (der Bereich der Netzhaut, der für das zentrale Sehen verantwortlich ist) aufgrund einer Erbkrankheit oder aufgrund eines Traumas verloren gegangen ist, wäre die Behandlung dieselbe.“ .“

„Die Idee, seltene genetische Krankheiten zu behandeln und auf diese Weise die Lebensqualität zu verbessern, ist ermutigend. Wir gehen davon aus, dass diese Arbeit zu fortschrittlichen Therapien führen wird, die in die Praxis umgesetzt werden können.“

Als nächstes wird sich das Team auf die Weiterentwicklung der Technik konzentrieren, um den Bereich der regenerativen Medizin und möglicherweise neue Behandlungsansätze für viele Krankheiten voranzutreiben.