Ein schneller Weg in Richtung 3D-gedruckte Organe: Opfer-Tinte-Schrift-Technik ermöglicht das 3D-drucken von großen, vaskularisierte organ des Menschen, Bausteine

20 Menschen sterben jeden Tag wartet auf eine Organtransplantation in den Vereinigten Staaten, und während mehr als 30.000 Transplantationen durchgeführt, jährlich gibt es über 113,000 Patienten, die derzeit auf organ-Wartelisten. Künstlich erzeugte menschliche Organe sind von vielen gesehen als der „Heilige Gral“ für die Lösung dieser organmangel, und Fortschritte im 3D-Druck haben, führte zu einem boom in der Verwendung dieser Technik für den Bau von Wohn-Gewebe-Konstrukte in Form von menschlichen Organen. Aber alle 3D-gedruckten Geweben bisher fehlt die zelluläre Dichte und Orgel-level-Funktionen für den Einsatz in Orgel-Reparatur und-Ersatz.

Nun, eine neue Technik namens SWIFT (Opfer schreiben, in funktionale Gewebe), erstellt von Forschern der Harvard Wyss Institut für Biologisch Inspirierte Engineering und John A. Paulson School of Engineering und Angewandte Wissenschaften (MEERE), die überwindet, die große Hürde, die durch den 3D-Druck vaskuläre Kanäle ins Leben Matrizen aus Stammzellen abgeleitete Orgel-Bausteine (OBBs), woraus sich tragfähige, organ-spezifische Gewebe mit hoher Zelldichte und Funktion. Die Forschung berichtet, in der die Wissenschaft Fortschritte.

„Dies ist ein völlig neues Paradigma für die tissue-Herstellung“, sagte co-Erstautor Mark Skylar-Scott, Ph. D., wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Wyss Institut. „Anstatt zu versuchen, 3D-drucken, eine ganze Orgel im Wert von Zellen, SWIFT konzentriert sich nur auf den Druck der Gefäße erforderlich sind, um eine lebende Gewebe zu konstruieren, die enthält große Mengen an OBBs, die letztlich therapeutisch genutzt werden, um die Reparatur und den Ersatz menschlicher Organe, mit Labor-grown-Versionen mit den eigenen Zellen des Patienten.“

SWIFT beinhaltet eine zwei-Schritt-Prozess, beginnt mit der Bildung von Hunderten von tausenden von stem-cell-derived Aggregate in einen dichten, lebenden matrix von OBBs, die enthält etwa 200 Millionen Zellen pro milliliter. Als Nächstes wird eine vaskuläre Netzwerk, durch die Sauerstoff und andere Nährstoffe können geliefert werden, um die Zellen eingebettet ist, innerhalb der matrix durch das schreiben und entfernen der Opfer-Tinte. „Bildung einer dichten matrix aus diesen OBBs tötet zwei Fliegen mit einer Klappe: nicht nur, dass es um einen hohen zellulären Dichte ähnlich der menschlichen Organe, sondern die matrix der Viskosität ermöglicht auch das drucken von ein engmaschiges Netz von perfusable Kanäle innerhalb es, zu imitieren, die Blutgefäße, die Unterstützung von menschlichen Organen“, sagte co-Erstautor Sébastien Uzel, PhD., wissenschaftlicher Mitarbeiter am Wyss-Institut und MEERE.

Die zellulären Aggregaten in der SWIFT-Methode, abgeleitet aus adulten Stammzellen (induzierte pluripotente Stammzellen, die gemischt mit einem maßgeschneiderten extrazellulären matrix (ECM) – Lösung, um eine lebende matrix, die komprimiert über Zentrifugation. Bei kalten Temperaturen (0-4^{o –}C), die Dichte-matrix hat die Konsistenz von mayonnaise – weich genug, um zu manipulieren, ohne die Zellen zu schädigen, aber dick genug, um halten Ihre Form, wodurch es das perfekte medium für die Opfer der 3D-Druck. Bei diesem Verfahren wird eine dünne Düse bewegt sich durch die matrix, der Hinterlegung Sie einen Strang von Gelatine, die „Tinte“ drückt, dass Zellen aus dem Weg, ohne Sie zu beschädigen.

Wenn die Kälte-matrix ist, erwärmt auf 37 ^oC, es versteift sich mehr solide (wie ein Omelett zubereitet), während die Gelatine Tinte schmilzt und können ausgewaschen werden und hinterlässt ein Netzwerk von Kanälen, eingebettet in die Gewebe konstruieren, die sein können, durchblutet, mit Sauerstoff angereichertes Medium zu nähren die Zellen. Die Forscher waren in der Lage, variieren die Durchmesser der Kanäle von 400 Mikrometer bis 1 millimeter, und nahtlos mit Ihnen, sich zu verzweigen-Kreislauf-Netze im Gewebe.

Organ-spezifische Gewebe, die gedruckt wurden mit embedded-vaskuläre Kanäle mit SWIFT und perfundierten auf diese Weise blieb lebensfähig, während das Gewebe wächst ohne diese Kanäle erfahren Zelltod in Ihren Kernen, die innerhalb von 12 Stunden. Um zu sehen, ob das Gewebe angezeigt organ-spezifische Funktionen, die Mannschaft gedruckt, evakuiert, und perfundierten eine Verzweigung Kanal-Architektur in eine matrix, bestehend aus Herz-abgeleitete Zellen und floss Medien durch die Kanäle für über eine Woche. Während dieser Zeit, das Herz OBBs miteinander verschmolzen, um eine Feste kardialen Gewebe, deren Kontraktionen wurden immer synchroner und über 20-mal stärker, Nachahmung wichtigsten Funktionen eines menschlichen Herzens.

„Unsere SWIFT-biomanufacturing-Methode ist sehr effektiv bei der Schaffung von organ-spezifische Gewebe im Maßstab von OBBs reicht von Aggregaten von primär Zellen zu Stammzellen abgeleitet organoids,“ sagte entsprechenden Autor Jennifer Lewis, Sc.D;, wer ist ein Core Fakultätsmitglied an der Wyss Institut sowie die Hansjörg Wyss, Professor für Biologisch Inspirierte Engineering an der SEE. „Durch die Integration der neuesten Fortschritte von Stammzell-Forscher mit dem bioprinting Methoden entwickelt, durch mein Labor, wir glauben, MAUERSEGLERS wird deutlich Voraus dem Gebiet der Orgel-engineering rund um die Welt.“

Kooperationen sind im Gange mit Wyss-Institut-Fakultät-Mitgliedern Chris Chen, M. D., Ph. D. an der Boston University und Sangeeta Bhatia, M. D., Ph. D., am MIT zu Implantat in diesen Geweben, in Tiermodellen und erkunden Ihre host integration als Teil der 3D-Organ-Engineering-Initiative, co-Leitung von Lewis und Chris Chen.

„Die Fähigkeit zur Unterstützung von lebenden menschlichen Geweben mit vaskulären Kanäle ist ein großer Schritt auf das Ziel der Schaffung funktionaler menschliche Organe außerhalb des Körpers,“ sagte Wyss-Institut-Gründungsdirektor Donald Ingber, M. D., Ph. D., der auch der Judah Folkman Professor für Vaskuläre Biologie an der HMS, der Vaskulären Biologie-Programm an der Boston-Kinderklinik, und Professor für Bioengineering an der SEE. „Wir sind weiterhin beeindruckt von den Leistungen in Jennifer‘ s lab mit dieser Forschung, die letztlich das Potenzial hat, erheblich zu verbessern, sowohl Orgel-engineering und die Lebensdauer von Patienten, deren eigene Organe Versagen,“