Naukowcy z Uniwersytetu w Galway opracowali metodę bioprintingu tkanek, które zmieniają kształt pod wpływem sił generowanych przez komórki, podobnie jak dzieje się to w naturalnych tkankach podczas rozwoju narządów.
Ta przełomowa technologia koncentruje się na replikacji tkanek serca, co przybliża badania do stworzenia funkcjonalnych, bioprintowanych organów. Mogłyby one znaleźć szerokie zastosowanie w modelowaniu chorób, badaniach leków i medycynie regeneracyjnej.
Badania zostały przeprowadzone przez zespół ze Szkoły Inżynierii i Centrum Badań nad Urządzeniami Medycznymi CÚRAM w Uniwersytecie w Galway i opublikowane w czasopiśmie Advanced Functional Materials.
Technologia bioprintingu i wyzwania w tworzeniu organów
Technologia bioprintingu wykorzystuje żywe komórki umieszczane w specjalnych „bioinkach” – materiałach wspierających adhezję, proliferację i różnicowanie komórek podczas ich dojrzewania. Metoda ta obiecuje tworzenie narządów hodowanych w laboratorium, które przypominają strukturę swoich odpowiedników w ludzkim ciele.
Jednak stworzenie w pełni funkcjonalnych organów za pomocą bioprintingu nadal stanowi ogromne wyzwanie. Na przykład bioprintowane tkanki serca potrafią się kurczyć, ale ich siła skurczu jest zazwyczaj znacznie słabsza niż w zdrowym sercu dorosłego człowieka.
Tradycyjne metody bioprintingu zazwyczaj dążą do bezpośredniego odtworzenia końcowego kształtu anatomicznego organu, pomijając kluczową rolę dynamicznych zmian kształtu, które zachodzą w trakcie naturalnego rozwoju embrionalnego. Na przykład serce zaczyna się jako prosty przewód, który następnie ulega serii skrętów i zagięć, tworząc dojrzałą strukturę czterech komór. Te zmiany kształtu są kluczowe dla rozwoju i dojrzewania komórek serca.
Nowa technika bioprintingu
Zespół badawczy z Uniwersytetu w Galway opracował nową technikę bioprintingu, która uwzględnia te dynamiczne zmiany kształtu.
Ankita Pramanick, główna autorka badania i doktorantka CÚRAM na Uniwersytecie w Galway, powiedziała:
„Nasza praca wprowadza nową platformę, wykorzystującą wbudowany bioprinting do drukowania tkanek, które przechodzą programowalne i przewidywalne zmiany kształtu, napędzane siłami generowanymi przez komórki. Dzięki temu procesowi odkryliśmy, że zmiany kształtu poprawiają strukturalną i funkcjonalną dojrzałość bioprintowanych tkanek serca.”
Badania wykazały, że siły generowane przez komórki mogą kierować zmianami kształtu tkanek bioprintowanych, a wielkość tych zmian można kontrolować, modyfikując takie czynniki jak początkowa geometria wydruku i sztywność bioinki. Okazało się, że zmiany kształtu sprzyjają wyrównaniu komórek oraz poprawiają właściwości kurczliwe tkanek. Zespół badawczy opracował również model komputerowy, który potrafi przewidzieć zachowanie tkanek podczas zmiany kształtu.
Perspektywy w tworzeniu funkcjonalnych organów
Profesor Andrew Daly, adiunkt inżynierii biomedycznej, badacz finansowany przez CÚRAM i główny kierownik projektu, stwierdził:
„Nasze badania pokazują, że pozwalając bioprintowanym tkankom serca na zmiany kształtu, zaczynają one bić mocniej i szybciej. Ograniczona dojrzałość bioprintowanych tkanek była dużym wyzwaniem w tej dziedzinie, więc te wyniki są dla nas ekscytujące. Dzięki temu możemy tworzyć bardziej zaawansowane tkanki serca, które dojrzewają w laboratorium i lepiej odzwierciedlają strukturę serca dorosłego człowieka.
Jesteśmy podekscytowani możliwością rozwijania tej techniki w naszym bieżącym projekcie finansowanym przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych, który skupia się na bioprintingu inspirowanym procesami rozwojowymi.”
Profesor dodał również:
„Jesteśmy jeszcze daleko od bioprintingu funkcjonalnej tkanki, która mogłaby być wszczepiona ludziom, a przyszłe prace będą musiały zbadać, jak można skalować naszą metodę na serca w rozmiarze ludzkim.
Konieczne będzie także zintegrowanie naczyń krwionośnych, aby utrzymać takie duże struktury przy życiu w laboratorium. Ostatecznie jednak to przełomowe osiągnięcie przybliża nas do stworzenia funkcjonalnych bioprintowanych organów, które mogłyby znaleźć szerokie zastosowanie w medycynie sercowo-naczyniowej.”
Pełne badanie można przeczytać w Advanced Functional Materials: Link do artykułu
Źródło: University of Galway
