3D-gedruckte dicke vaskularisierte Gewebekonstrukte für Organtechnik und regenerative Medizin

Fortschritte in der Drogentestung und regenerativen Medizin könnten in hohem Maße von im Labor hergestellten menschlichen Geweben profitieren, die aus einer Vielzahl von Zelltypen mit präziser 3D-Architektur bestehen. Aber die Produktion von mehr als Millimeter großen menschlichen Geweben wurde durch einen Mangel an Methoden zum Aufbau von Geweben mit eingebetteten lebenserhaltenden vaskulären Netzwerken begrenzt.

Die multidisziplinäre Forschung am Wyss Institute hat zur Entwicklung einer Multimaterial-3D-Bioprinting-Methode geführt, die vaskularisiertes Gewebe aus lebenden menschlichen Zellen erzeugt, die fast zehnmal dicker sind als zuvor hergestellte Gewebe und deren Architektur und Funktion bis zu sechs Wochen aufrechterhalten können. Das Verfahren verwendet eine anpassbare, bedruckte Silikonform, um das bedruckte Gewebe auf einem Chip unterzubringen und zu lotsen. In dieser Form wird ein Gitter aus größeren Gefäßkanälen mit lebenden Endothelzellen in Silikontinte gedruckt, in das eine selbsttragende Tinte mit lebenden mesenchymalen Stammzellen (MSCs) in einem separaten Druckauftrag geschichtet wird. Nach dem Drucken wird eine Flüssigkeit aus Fibroblasten und extrazellulärer Matrix verwendet, um offene Bereiche innerhalb des Konstrukts zu füllen und eine Bindegewebskomponente hinzuzufügen, die die gesamte Struktur vernetzt und weiter stabilisiert.

Die resultierende Weichteilstruktur kann sofort mit Nährstoffen sowie Wachstums- und Differenzierungsfaktoren über einen einzigen Einlass und Auslass an gegenüberliegenden Enden des Chips, die mit dem Gefäßkanal verbunden sind, perfundiert werden, um das Überleben und die Reifung der Zellen sicherzustellen. In einer Proof-of-Principle-Studie ermöglichten ein Zentimeter dicke bioprintierte Gewebekonstrukte, die menschliche Knochenmark-MSCs enthielten, die von Bindegewebe umgeben und von einem künstlichen Endothel ausgekleideten Gefäßsystem unterstützt wurden, die Zirkulation von Knochenwachstumsfaktoren und anschließend die Induktion der Knochenentwicklung.

Dieser innovative Bioprinting-Ansatz kann modifiziert werden, um verschiedene vaskularisierte 3D-Gewebe für regenerative Medizin und Drogentests zu erstellen. Das Wyss-Team untersucht auch die Verwendung von 3D-Bioprinting, um neue Versionen der Organe des Instituts auf Chip-Geräten herzustellen, was ihren Herstellungsprozess automatisierter macht und die Entwicklung immer komplexerer mikrophysiologischer Geräte ermöglicht. Diese Bemühungen haben zu dem ersten vollständig 3D-gedruckten Organ auf einem Chip geführt – einem Herz auf einem Chip – mit integrierten weichen Dehnungssensoren.