Eine neue am Wyss Institut für Biologisch inspirierte Engineering an der Harvard University und der Harvard School of Engineering and Applied Sciences ( SEAS ) entwickelt Bioprinting Methode erstellt gemusterten 3D- Gewebekonstrukte mit mehreren Arten von Zellen und kleinen Blutgefäße . Die Arbeit stellt einen wichtigen Schritt in Richtung einer langjährigen Ziel von Gewebe -Ingenieure : Erstellen von menschlichen Gewebekonstrukte realistisch genug, um die Arzneimittelsicherheit und die Wirksamkeit zu testen.
Das Verfahren stellt auch eine frühe , aber wichtigen Schritt zum Aufbau voll funktions Ersatz für verletzte oder erkrankte Gewebe , die von CAT-Scan -Daten unter Verwendung von Computer-Aided Design (CAD) , in 3D gedruckt auf Knopfdruck ausgeführt werden können , und von Chirurgen verwendet zu reparieren oder beschädigtes Gewebe zu ersetzen.
"Das ist der grundlegende Schritt zur Erstellung von 3D- lebendes Gewebe ", sagte Jennifer Lewis , Ph.D., Senior- Autor der Studie , die ein Core Faculty Member der Wyss Institut für Biologisch inspirierte Engineering an der Harvard-Universität ist , und der Hansjörg Wyss Professor für biologisch inspirierte Engineering an der Harvard SEAS . Zusammen mit der Hauptautor David Kolesky , Doktorand in SEAS und Wyss Institut berichtete ihr Team die Ergebnisse in der Zeitschrift Advanced Materials .
Tissue -Ingenieure haben für viele Jahre Labor -grown vaskularisierten menschlichen Geweben robust genug, um als Ersatz für beschädigte menschliche Gewebe dienen erzeugen versucht. Andere haben menschliches Gewebe vor gedruckt , aber sie haben zu dünne Scheiben des Gewebes etwa ein Drittel so dick wie ein Cent begrenzt. Wenn Wissenschaftler versucht, dickere Schichten von Gewebe zu drucken, Zellen auf der Innen hungern für Sauerstoff und Nährstoffe , und haben keine gute Möglichkeit der Entfernung von Kohlendioxid und anderen Abfällen. So dass sie ersticken und sterben.
Natur umgeht dieses Problem, indem dringt Gewebe mit einem Netzwerk von kleinen , dünnwandigen Blutgefäße , die das Gewebe nähren und zu entfernen Abfälle , so Kolesky und Lewis im Hinblick auf dieses Schlüsselfunktion zu imitieren.
3D-Druck zeichnet sich bei der Erstellung fein detaillierte 3D-Strukturen , die typischerweise aus inerten Materialien wie Kunststoff oder Metall. In der Vergangenheit Lewis und ihr Team haben eine breite Palette von neuen Farben , die in Materialien mit nützlichen elektrischen und mechanischen Eigenschaften zu verfestigen Pionierarbeit geleistet. Diese Tinten ermöglichen 3D-Druck , um jenseits von Form zu gehen , um die Funktionalität zu integrieren.
Um 3D- Gewebekonstrukte mit einem vorgegebenen Muster zu drucken, benötigt die Forscher funktionelle Tinten mit nützlichen biologischen Eigenschaften , so dass sie mehrere "Bio- Tinten " entwickelt - gewebefreundlich Tinten, die Hauptbestandteile von lebendem Gewebe . Eine Tinte enthaltenen extrazellulären Matrix , des biologischen Materials , das Zellen in Gewebe strickt . Eine zweite Tinte enthalten sind sowohl der extrazellulären Matrix und lebenden Zellen.
Die Blutgefäße zu schaffen , eine dritte Tinte entwickelt sie mit einer ungewöhnlichen Eigenschaft : es schmilzt , wie es abkühlt, und nicht , wie es wärmt . Dies erlaubt es den Wissenschaftlern, zuerst gedruckt ein miteinander verbundenes Netzwerk von Filamenten , schmelzen dann auch nach Abkühlen des Materials und Absaugen der Flüssigkeit aus , um ein Netzwerk von hohlen Rohren oder Behältern zu schaffen.
Der Harvard-Team dann im Fahrversuch die Methode , seine Leistung und Vielseitigkeit zu bewerten. Sie druckten 3D- Gewebekonstrukte mit einer Vielzahl von Architektur , die mit einer gemusterten Konstrukt, das die Blutgefäße und drei verschiedene Arten von Zellen - eine Struktur, Annäherung an die Komplexität der festen Geweben .
Außerdem, wenn sie menschlichen Endothelzellen in das Gefäßnetzwerkinjiziert wird, diese Zellen regrew die Blutgefäßauskleidung. Keeping Zellen am Leben und wächst in den Gewebekonstrukt ist ein wichtiger Schritt in Richtung Druck menschlichen Geweben . "Im Idealfall wollen wir die Biologie so viel von der Arbeit der wie möglich zu tun ", sagte Lewis .
Lewis und ihr Team nun auf die Schaffung funktionaler 3D- Gewebe, die realistisch genug, um Medikamente für die Sicherheit und Wirksamkeit zu screenen sind konzentriert. " Das ist, wo die unmittelbare Potential für Auswirkungen ", sagte Lewis .
Wissenschaftler könnten auch das gedruckte Gewebe konstruiert , um Licht auf Aktivitäten des lebenden Gewebes , die komplexe Architektur erfordern , wie der Wundheilung , Blutgefäßwachstum oder Schuppen Tumor Entwicklung.
"Tissue -Ingenieure haben für eine Methode wie diese gewartet", sagte Don Ingber , MD, Ph.D., Wyss Institut Gründungsdirektor . "Die Fähigkeit, funktionale Gefäßnetze in 3D Gewebe zu bilden, bevor sie implantiert werden können nicht nur dicker Gewebe gebildet werden , es stellt sich auch die Möglichkeit chirurgisch Anschluss dieser Netze an die natürliche Gefäßsystem zur sofortigen Durchblutung des implantierten Gewebes zu fördern , die stark sollte erhöhen ihre Verpflanzung und Überleben " .