Ved HJELP AV 3D-utskrift og elektrospinning vokser et team av bioengineers ved Wake Forest Institute for Regenerative Medicine ledet Av Anthony Atala levedyktig vev og organer for pasienter. Mens mange AV disse 3d-trykte organene forblir i forskningsfasen, bør noen være klare til klinisk testing innen et år eller to.I mer enn 25 år har Atala jobbet med å generere vevsceller i laboratoriet. Fra fingre og ører til nyrer og hjerter, kan teamet hans nå lage 40 forskjellige organ-og vevstrukturer.

Hva Er Elektrospinning?

disse prosedyrene starter med å ta en liten prøve av pasientens celler fra området bioengineers prøver å gjenskape. For eksempel, for hud, trenger de bare en graft omtrent like stor som et frimerke. Så, i en bioreaktor, replikerer de disse cellene til det er nok til å vokse orgelet.

3d bioprinters innskudd ulike typer celler måten en farge 3d-skriver innskudd ulike typer polymer. Bilde: Wake Forest

det neste trinnet er å bygge den ekstracellulære matrisen, eller stillaset, som cellene danner. Teamet frøer deretter matrisen med vekstfremmende og biokjemikalier som ber cellene om å utvikle seg på bestemte måter. Matrisen gir også mekaniske krefter som former celleutvikling.for å lage strukturer, som hud eller blodårer, bruker laboratoriet elektrospinning, EN 3d-utskriftsteknikk som ligner maskinene som brukes til å spinne sukker i sukkerspinn.Bioingeniører bruker denne teknikken til å spinne en hydrogelpolymer ved høye hastigheter, og tvinger polymeren til å forlenge seg til lange tråder av fiber. De legger deretter en tynn stang i midten av maskinen. Hydrogelfibrene holder seg til stangen akkurat som fluffy cotton candy festes til en papirkegle. Forskere manipulerer formen til spongey polymeren ved å variere spenningen til de har etterlignet strukturen de skaper.
Videre Lesning: 3d-Utskrift Levende Hud med Blodkar
når forskere oppnår ønsket form, sprayer de celler fra bioreaktoren på matrisen, og legger det gjentatte ganger for å matche naturlige strukturer. For å gjenskape huden, for eksempel, ville de begynne med å bruke celler fra det subkutane laget og deretter de fra dermis og epidermis.
Når lagdelt på matrisen, er strukturen plassert i en inkubator som etterligner forholdene i menneskekroppen. Der begynner denne kombinasjonen av matrise, biokjemikalier og celler å ta på seg et eget liv, ved hjelp av matrisen som en veiledning.Selv om denne teknikken er perfekt for enkle og lette strukturer, som hud og blodårer, mangler den presisjon og evne til å skape solide tredimensjonale strukturer som et hjerte.

Hvordan Skrive Ut Solide Organer?

for å skape et solidt organ trenger forskere en måte å fremme veksten av blodkar, slik at hver celle i orgelet mottar oksygen og næringsstoffer, og det kan eliminere avfall. Å skape disse blodkarstrærne, som grener fra store arterier til de minste fartøyene, har stubbet forskere i flere tiår. Likevel Har Atalas team utviklet et par potensielle løsninger.

en AV flere 3d-skrivere designet for å skrive ut celler. Foto: Wake Forest

Den første løsningen starter med et eksisterende donororgan, for eksempel en lever. Først Legger Wake Forest bioengineers det i en shaker, som en vaskemaskin, med milde vaskemidler i omtrent to uker.»Etter å ha gått gjennom shakeren, kunne du holde orgelet og det ville se ut og føles som orgelet, men det ville ikke ha noen celler,» sa Atala. «I hovedsak hadde vi bevart orgelens skjelett.»
dette skjelettet er laget av kollagen, et protein som finnes i kroppens bindevev og dets ekstracellulære matriser. Som elektrospun-matrisen gir kollagenmatrisen strukturen og mekaniske krefter cellene trenger å dele og ta på seg organrelaterte funksjoner. Orgelskjelettet blir deretter avsatt med pasientens leverceller, som repopulerer orgelet, og bringer det tilbake til livet med mange av funksjonene til en human lever.
selv om denne metoden er lovende, betyr det fortsatt å vente på et donororgan som skal fungere. 3D-utskrift kan tilby en vei rundt det. Denne metoden tar mye mer forståelse av orgelet selv, men lover å frigjøre pasienter fra å vente på et donororgan.Videre Lesing: 3d Bioprinter Skriver Ut Sunn Hud på Pasienter på Få Minutter»det skjer så mye i et organ som hjertet som vi ikke kan se med mindre Vi starter fra bunnen av,» Sa Atala. «Vi ser på strukturen fra et 360-graders perspektiv for å sikre at vi kan replikere organets funksjonalitet på alle mulige måter, eller det vil ikke overleve.»En måte Å gjøre det på er å fortsette å bygge organer og lære av byggene. Til det formål har Atala og hans team utviklet over et dusin skrivere for å utføre de komplekse prosessene for å bygge et solidt organ. Skriverne fungerer som fargeblekkskrivere, men i stedet for blekk inneholder blekkpatronene celler som er segregert etter type.for å starte, er bioprinteren lastet opp med pasient-og orgelinformasjon, en blåkopi av hva som skal bygges. Gjennom et system av dyser legger skriveren lag av celler som en tykk gel. Dette genererer sakte organstrukturen samtidig som levetiden til cellene er innebygd i den.mens teamet fortsatt mestrer denne topografiske formen for engineering, GIR 3D-utskrift forskere en sjanse til å utarbeide detaljene. Gjennom prøving og feiling har de lykkes med å programmere skriverne for å sette inn selv de minste blodkarene i et komplekst organ.

Er 3d Bioprinting Fremtiden For Organtransplantasjon?

Uansett hvilken av disse teknikkene laget bruker, tar det omtrent fire til seks uker å bygge en sunn erstatning for en pasient. Fordi erstatningsvevet eller organet er laget av pasientens egne celler, er det praktisk talt ingen sannsynlighet for avvisning—noe som betyr at pasientene heler raskere enn noen gang før, og trenger ikke å ta medisiner for å holde immunforsvaret fra å angripe transplantasjonen.Videre Lesing: Topp 10 Bioengineering Trender for 2020
«for å kunne lage disse strukturene med pasientens egne celler til hvor de virkelig kan tilpasse seg og helbrede, er det håp for oss,» Sa Atala. «Vi ønsker å sørge for at vi kan nå så mange pasienter som mulig.»Atala sier at de mer forenklede strukturer som hud og blodårer allerede har hatt vellykkede menneskelige forsøk og vil være i klinikken innen et par år. Faste organer vil ta mye lengre tid.det har vært en bemerkelsesverdig reise For Atala, og hans fremskritt har lagt grunnlaget og kunnskapsbasen for vellykket menneskelig cellevevgenerering.Cassie Kelly er en ingeniør-og miljøforfatter basert i Columbus, Ohio.
Registrer Deg I DAG FOR Am Medisinsk: Mai 27-28, 2020 I Minneapolis, MN