Forscher der University of Galway haben eine Methode zum Bioprinting von Geweben entwickelt, die aufgrund von zellerzeugten Kräften ihre Form ändern, so wie es in biologischen Geweben während der Organentwicklung geschieht.
Die bahnbrechende Wissenschaft konzentrierte sich auf die Replikation von Herzgewebe und brachte die Forschung näher an die Schaffung funktioneller, biogedruckter Organe heran, die breite Anwendungsmöglichkeiten in der Krankheitsmodellierung, dem Arzneimittelscreening und der regenerativen Medizin hätten.
Die Forschung wurde von einem Team der School of Engineering und des CÚRAM Research Ireland Centre for Medical Devices der University of Galway geleitet und in der Zeitschrift veröffentlicht Fortschrittliche Funktionsmaterialien.
Die Bioprinting-Technologie nutzt lebende Zellen in speziellen „Bioink“-Materialien – einer Substanz oder einem Material, das lebende Zellen unterstützen kann und aufgrund seiner Eigenschaften die Zelladhäsion, -proliferation und -differenzierung während der Reifung unterstützen kann. Die Technologie ist vielversprechend für die Schaffung von im Labor gezüchteten Organen, die der Struktur ihres menschlichen Äquivalents sehr ähneln.
Der Bioprinting voll funktionsfähiger Organe bleibt jedoch eine erhebliche Hürde. Beispielsweise kann sich biogedrucktes Herzgewebe zwar zusammenziehen, seine Kontraktionskraft ist jedoch häufig erheblich schwächer als die eines gesunden Erwachsenenherzens.
Traditionelle Bioprinting-Methoden zielen oft darauf ab, die endgültige anatomische Form eines Organs wie des Herzens direkt nachzubilden – dabei wird die entscheidende Rolle dynamischer Formänderungen während der natürlichen Embryonalentwicklung außer Acht gelassen. Beispielsweise beginnt das Herz als einfache Röhre, die eine Reihe von Biegungen und Windungen durchläuft, um ihre ausgereifte Vierkammerstruktur zu bilden. Diese formverändernden Verhaltensweisen sind für die Gestaltung der Entwicklung und Reifung der Herzzellen von wesentlicher Bedeutung.
Das Forschungsteam der University of Galway hat dies erkannt und eine neuartige Bioprinting-Technik entwickelt, die entscheidende Verhaltensweisen zur Formänderung berücksichtigt.
sagte Ankita Pramanick, Hauptautorin der Studie und CÚRAM-Doktorandin an der University of Galway: „Unsere Arbeit stellt eine neuartige Plattform vor, die eingebettetes Bioprinting nutzt, um Gewebe zu bioprinten, die einer programmierbaren und vorhersehbaren 4D-Formveränderung unterliegen, die durch zellerzeugte Kräfte angetrieben wird. Mithilfe dieses neuen Prozesses haben wir herausgefunden, dass die Formveränderung die strukturelle und funktionelle Reife von Bioprinting verbessert.“ Herzgewebe.“
Die Forschung zeigte, dass zellerzeugte Kräfte die Formveränderung von biogedruckten Geweben steuern können, und dass es möglich war, das Ausmaß der Formänderungen durch Modifizieren von Faktoren wie der anfänglichen Druckgeometrie und der Bioink-Steifheit zu steuern. Es wurde festgestellt, dass Morphing die Zellausrichtung formt und die kontraktilen Eigenschaften des Gewebes verbessert. Das Forschungsteam entwickelte außerdem ein Rechenmodell, das das Verhalten bei der Veränderung der Gewebeform vorhersagen konnte.
Professor Andrew Daly, außerordentlicher Professor für Biomedizintechnik und von CÚRAM finanzierter Forscher und Hauptforscher des Projekts, sagte: „Unsere Forschung zeigt, dass biogedrucktes Herzgewebe, wenn es ihm ermöglicht wird, seine Form zu verändern, stärker und schneller zu schlagen beginnt. Die begrenzte Reife von biogedrucktem Gewebe war eine große Herausforderung auf diesem Gebiet, daher war dies ein aufregendes Ergebnis für uns. Dies ermöglicht.“ Es ist uns möglich, fortschrittlicheres biogedrucktes Herzgewebe zu schaffen, das in einer Laborumgebung reifen kann und die Struktur des erwachsenen menschlichen Herzens besser nachbildet. Wir freuen uns, in unserem laufenden Projekt des Europäischen Forschungsrats, das sich auf die Entwicklung konzentriert, auf diesem formverändernden Ansatz aufzubauen -inspiriert Bioprinting.
„Wir sind noch weit davon entfernt, funktionelles Gewebe per Biodruck herzustellen, das in den Menschen implantiert werden könnte, und zukünftige Arbeiten müssen untersuchen, wie wir unseren Biodruck-Ansatz auf Herzen im menschlichen Maßstab skalieren können.“
„Wir müssen Blutgefäße integrieren, um solch große Konstrukte im Labor am Leben zu halten, aber letztendlich bringt uns dieser Durchbruch der Entwicklung funktioneller biogedruckter Organe näher, die breite Anwendung in der Herz-Kreislauf-Medizin finden würden.“
