3D βιοεκτύπωση: Το κολλαγόνο είναι γνωστό ως ένα σημαντικό συστατικό του δέρματός μας, αλλά η επίδρασή του είναι πολύ μεγαλύτερη, καθώς είναι η πιο άφθονη πρωτεΐνη στο σώμα.
Χρησιμοποιώντας την καινοτόμο τεχνική τρισδιάστατης βιοεκτύπωσης Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels (FRESH), η οποία επιτρέπει την εκτύπωση μαλακών ζωντανών κυττάρων και ιστών, το εργαστήριο Feinberg του Carnegie Mellon δημιούργησε ένα πρωτοποριακό μικροφυσιολογικό σύστημα ή μοντέλο ιστού, εξ ολοκλήρου από κολλαγόνο. Αυτή η πρόοδος διευρύνει τις δυνατότητες του τρόπου με τον οποίο οι ερευνητές μπορούν να μελετήσουν ασθένειες και να κατασκευάσουν ιστούς για θεραπεία, όπως ο διαβήτης τύπου 1.
Παραδοσιακά, μικροσκοπικά μοντέλα ανθρώπινου ιστού που μιμούνται την ανθρώπινη φυσιολογία, γνωστά ως μικρορευστολογία, όργανο σε τσιπ ή μικροφυσιολογικά συστήματα, έχουν κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας συνθετικά υλικά όπως καουτσούκ σιλικόνης ή πλαστικά, επειδή αυτός ήταν ο μόνος τρόπος με τον οποίο οι ερευνητές μπορούσαν να κατασκευάσουν αυτές τις συσκευές. Επειδή αυτά τα υλικά δεν είναι εγγενή στο σώμα, δεν μπορούν να αναδημιουργήσουν πλήρως την κανονική βιολογία, περιορίζοντας τη χρήση και την εφαρμογή τους.
Το κολλαγόνο είναι γνωστό ως ένα σημαντικό συστατικό του δέρματός μας, αλλά η επίδρασή του είναι πολύ μεγαλύτερη, καθώς είναι η πιο άφθονη πρωτεΐνη στο σώμα, παρέχοντας δομή και υποστήριξη σε σχεδόν όλους τους ιστούς και τα όργανα.
«Τώρα, μπορούμε να κατασκευάσουμε μικρορευστικά συστήματα στο τρυβλίο Petri εξ ολοκλήρου από κολλαγόνο, κύτταρα και άλλες πρωτεΐνες, με πρωτοφανή δομική ανάλυση και πιστότητα», εξήγησε ο Adam Feinberg, καθηγητής βιοϊατρικής μηχανικής και επιστήμης και μηχανικής υλικών στο Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon. «Το πιο σημαντικό είναι ότι αυτά τα μοντέλα είναι πλήρως βιολογικά, πράγμα που σημαίνει ότι τα κύτταρα λειτουργούν καλύτερα».
Σε νέα έρευνα που δημοσιεύτηκε στο Science Advances, η ομάδα καταδεικνύει τη χρήση αυτής της εξέλιξης της βιοεκτύπωσης FRESH, κατασκευάζοντας πιο σύνθετους αγγειωμένους ιστούς από πλήρως βιολογικά υλικά, για να δημιουργήσει έναν ιστό που μοιάζει με παγκρέα, ο οποίος θα μπορούσε ενδεχομένως να χρησιμοποιηθεί στο μέλλον για τη θεραπεία του διαβήτη τύπου 1. Αυτή η εξέλιξη στη βιοεκτύπωση FRESH βασίζεται στην προηγούμενη εργασία της ομάδας που δημοσιεύτηκε στο Science, βελτιώνοντας την ανάλυση και την ποιότητα για τη δημιουργία ρευστοσωμικών καναλιών που μοιάζουν με αιμοφόρα αγγεία με διάμετρο έως και 100 μικρά.
«Υπήρξαν αρκετές βασικές τεχνικές εξελίξεις στην τεχνολογία εκτύπωσης FRESH που επέτρεψαν αυτό το έργο», περιέγραψε ο Daniel Shiwarski, επίκουρος καθηγητής βιοϊατρικής μηχανικής στο Πανεπιστήμιο του Πίτσμπουργκ και πρώην μεταδιδακτορικός ερευνητής στο εργαστήριο Feinberg. «Εφαρμόζοντας μια μονοβάθμια διαδικασία κατασκευής βιοεκτύπωσης, κατασκευάσαμε διαποτιζόμενα CHIPS με βάση το κολλαγόνο σε ένα ευρύ φάσμα σχεδίων που ξεπερνούν την ανάλυση και την πιστότητα εκτύπωσης οποιασδήποτε άλλης γνωστής προσέγγισης βιοεκτύπωσης μέχρι σήμερα.
«Επιπλέον, όταν συνδυάζεται με τρισδιάστατη βιοεκτύπωση πολλαπλών υλικών πρωτεϊνών ECM, αυξητικών παραγόντων και βιομελάνων με κύτταρα και ενσωμάτωση σε μια προσαρμοσμένη πλατφόρμα βιοαντιδραστήρα, καταφέραμε να δημιουργήσουμε ένα κατασκεύασμα ιστού που μοιάζει με παγκρέα σε κλίμακα εκατοστού, ικανό να παράγει απελευθέρωση ινσουλίνης που διεγείρεται από γλυκόζη, ξεπερνώντας τις τρέχουσες προσεγγίσεις που βασίζονται σε οργανοειδή.»
Αυτή η τεχνολογία διατίθεται επί του παρόντος στο εμπόριο από την FluidForm Bio, μια εταιρεία spinout του Πανεπιστημίου Carnegie Mellon, όπου ο συν-συγγραφέας Δρ. Andrew Hudson, Διευθυντής της Θεραπευτικής Ιστών, και η ομάδα του έχουν ήδη αποδείξει σε ένα ζωικό μοντέλο ότι μπορούν να θεραπεύσουν τον διαβήτη τύπου 1 in-vivo. Η FluidForm Bio σχεδιάζει να ξεκινήσει κλινικές δοκιμές σε ανθρώπους ασθενείς τα επόμενα χρόνια.
«Είναι πρωταρχικής σημασίας για όλους να κατανοήσουν τη σημασία της επιστήμης που βασίζεται σε ομάδες στην ανάπτυξη αυτών των τεχνολογιών και την αξία που η ποικίλη εμπειρογνωμοσύνη, από τη βιολογία έως την επιστήμη των υλικών, φέρνει τόσο στο έργο όσο και στον αντίκτυπό μας στην κοινωνία», εξήγησε ο Φάινμπεργκ.
«Προχωρώντας, το ερώτημα δεν είναι, μπορούμε να το κατασκευάσουμε; Είναι περισσότερο, τι κατασκευάζουμε; Η δουλειά που κάνουμε σήμερα είναι να πάρουμε αυτήν την προηγμένη ικανότητα κατασκευής και να την συνδυάσουμε με υπολογιστική μοντελοποίηση και μηχανική μάθηση, ώστε να μπορέσουμε να κατανοήσουμε καλύτερα τι πρέπει να εκτυπώσουμε. Τελικά, θέλουμε ο ιστός να μιμείται καλύτερα την ασθένεια που μας ενδιαφέρει ή, τελικά, να έχει τη σωστή λειτουργία, έτσι ώστε όταν τον εμφυτεύσουμε στο σώμα ως θεραπεία, να κάνει ακριβώς αυτό που θέλουμε».
Ο Φάινμπεργκ και οι συνεργάτες του έχουν δεσμευτεί να κυκλοφορήσουν σχέδια ανοιχτού κώδικα και άλλες τεχνολογίες που επιτρέπουν την ευρεία υιοθέτηση εντός της ερευνητικής κοινότητας. «Ελπίζουμε ότι πολύ γρήγορα, άλλα εργαστήρια στον κόσμο θα υιοθετήσουν και θα επεκτείνουν αυτήν την ικανότητα σε άλλους τομείς ασθενειών και ιστών», πρόσθεσε ο Φάινμπεργκ. «Το βλέπουμε αυτό ως μια βασική πλατφόρμα για την κατασκευή πιο σύνθετων και αγγειωμένων συστημάτων ιστών».
Διαβάστε όλες τις τελευταίες Ειδήσεις για την υγεία από την Ελλάδα και τον ΚόσμοΑκολουθήστε το healthweb.gr στο Google News και μάθετε πρώτοι όλες τις ειδήσεις
Ακολουθήστε το healthweb.gr στο κανάλι μας στο YouTube
