3D-tulostetut paksut vaskularisoidut kudosrakenteet elin-ja regeneratiiviseen lääketieteeseen

huumetestauksen ja regeneratiivisen lääketieteen edistyminen voisi suuresti hyötyä laboratoriomuotoisista ihmiskudoksista, jotka on rakennettu erilaisista solutyypeistä ja joissa on tarkka 3D-arkkitehtuuri. Yli millimetrin kokoisten ihmiskudosten tuotantoa on kuitenkin rajoittanut se, että ei ole ollut menetelmiä rakentaa kudoksia, joihin on upotettu elämää ylläpitäviä verisuoniverkostoja.

monitieteinen tutkimus Wyss-instituutissa on johtanut moniainesisen 3D-bioprintausmenetelmän kehittämiseen, joka tuottaa verisuonittuneita kudoksia, jotka koostuvat elävistä ihmissoluista, jotka ovat lähes kymmenen kertaa paksumpia kuin aiemmin suunnitellut kudokset ja jotka voivat ylläpitää niiden arkkitehtuuria ja toimintaa yli kuusi viikkoa. Menetelmässä käytetään muokattavaa, painettua silikonimuottia, jonka avulla tulostettu kudos voidaan säilyttää ja plumbata sirulla. Tämän muotin sisään painetaan isompien verisuonikanavien ristikko, joka sisältää eläviä endoteelisoluja silikonimusteessa, johon erillisessä tulostustyössä kerrostetaan eläviä mesenkymaalisia kantasoluja (MSCs) sisältävä itsekantava muste. Tulostuksen jälkeen käytetään fibroblasteista ja solunulkoisista matriiseista koostuvaa nestettä, joka täyttää rakenteessa olevat avoimet alueet ja lisää sidekudoskomponentin, joka risteää ja stabiloi edelleen koko rakennetta.

tuloksena oleva pehmytkudosrakenne voidaan perfusoida välittömästi ravintoaineilla sekä kasvu-ja erilaistumistekijöillä sirun vastakkaisissa päissä olevan yhden sisäänmenon ja ulostulon kautta, jotka kytkeytyvät verisuonikanavaan solujen eloonjäämisen ja kypsymisen varmistamiseksi. Periaatetutkimuksessa yhden senttimetrin paksuiset bioprintatut kudosrakenteet, jotka sisälsivät ihmisen luuytimen MSC: tä sidekudoksen ympäröimänä ja joita tuki keinotekoinen endoteelin reunustama verisuonitus, mahdollistivat luun kasvutekijöiden verenkierron ja sen jälkeen luun kehityksen induktion.

tätä innovatiivista bioprinting-lähestymistapaa voidaan muuttaa erilaisten vaskularisoitujen 3D-kudosten luomiseksi regeneratiivista lääketiedettä ja lääkekokeita varten. Wyss-tiimi tutkii myös 3D-bioprintingin käyttöä instituutin elinten uusien versioiden valmistamisessa sirulaitteisiin, mikä tekee niiden valmistusprosessista automatisoidumman ja mahdollistaa yhä monimutkaisempien mikrofysiologisten laitteiden kehittämisen. Tämä ponnistus on johtanut ensimmäiseen täysin 3D-tulostettuun elimeen sirulle-sydämeen sirulle-jossa on integroidut pehmeät rasitusanturit.