met behulp van 3D-printen en electrospinning kweekt een team van bio-engineers van het Wake Forest Institute for Regenerative Medicine onder leiding van Anthony Atala levensvatbaar weefsel en organen voor patiënten. Terwijl veel van deze 3D-geprinte organen in de onderzoeksfase blijven, zouden sommige binnen een jaar of twee klaar moeten zijn voor klinische tests.Atala werkt al meer dan 25 jaar aan de aanmaak van weefselcellen in het lab. Van vingers en oren tot nieren en harten, zijn team kan nu 40 verschillende orgaan-en weefselstructuren creëren.

Wat Is Electrospinning?

Deze procedures beginnen met het nemen van een klein monster van de cellen van de patiënt uit het gebied dat bio-engineers proberen te recreëren. Voor de huid hebben ze bijvoorbeeld slechts een graft nodig die ongeveer zo groot is als een postzegel. Dan, in een bioreactor, repliceren ze die cellen tot er genoeg is om het orgaan te laten groeien.

3D-bioprinters deponeren verschillende typen cellen zoals een 3D-printer verschillende typen polymeer deponeert. Foto: Wake Forest

de volgende stap is het bouwen van de extracellulaire matrix, of scaffold, waarop de cellen vormen. Het team zaait dan de matrix met groeibevorderaars en biochemicaliën die de cellen aanzetten om zich op specifieke manieren te ontwikkelen. De matrijs verstrekt ook mechanische krachten die celontwikkeling vormen.om structuren te maken, zoals huid of bloedvaten, gebruikt het lab electrospinning, een 3D-printtechniek die lijkt op de machines die gebruikt worden om suiker in suikerspin te spinnen.Bio-Engineers gebruiken deze techniek om een hydrogelpolymeer met hoge snelheden te spinnen, waardoor het polymeer zich uitbreidt tot lange strengen vezels. Ze plaatsen dan een dunne staaf in het midden van de machine. De hydrogelvezels hechten zich aan de staaf net zoals pluizige suikerspin zich hecht aan een papieren kegel. Wetenschappers manipuleren de vorm van het spongey polymeer door de spanning te variëren totdat ze de structuur hebben nagebootst die ze creëren.
Verder Lezen: Zodra onderzoekers de gewenste vorm hebben bereikt, spuiten ze cellen van de bioreactor op de matrix, waarbij deze herhaaldelijk gelaagd wordt om de natuurlijke structuren aan te passen. Om de huid opnieuw te maken, bijvoorbeeld, zouden ze beginnen met het aanbrengen van cellen uit de onderhuidse laag en dan die van de dermis en de epidermis.
eenmaal gelaagd op de matrix, wordt de structuur geplaatst in een incubator die de omstandigheden van het menselijk lichaam nabootst. Daar begint deze combinatie van matrix, biochemicaliën en cellen een eigen leven aan te nemen, met behulp van de matrix als gids.hoewel deze techniek perfect is voor eenvoudige en lichtgewicht structuren, zoals huid en bloedvaten, mist ze de precisie en het vermogen om solide driedimensionale structuren zoals een hart te creëren.

Hoe vaste organen afdrukken?

Om een vast orgaan te creëren, hebben onderzoekers een manier nodig om de groei van bloedvaten te bevorderen, zodat elke cel in het orgaan de zuurstof en voedingsstoffen ontvangt en afval kan elimineren. Het creëren van deze bloedvat bomen, die vertakken van grote slagaders in de kleinste bloedvaten, heeft onderzoekers voor decennia verstompt. Toch heeft het team van Atala een aantal mogelijke oplossingen ontwikkeld.

Een van de verschillende 3D-printers ontworpen om cellen af te drukken. Foto: Wake Forest

de eerste oplossing begint met een bestaand donororgaan, zoals een lever. Ten eerste, Wake Forest bioengineers plaats het in een shaker, net als een wasmachine, met milde wasmiddelen voor ongeveer twee weken.”na het doorlopen van de shaker, kon je het orgel vasthouden en het zou eruit zien en voelen als het orgel, maar het zou geen cellen hebben,” zei Atala. “In wezen hadden we het skelet van het orgel bewaard.dit skelet is gemaakt van collageen, een eiwit dat in het bindweefsel en de extracellulaire matrices van het lichaam voorkomt. Net als de elektrospunmatrijs, verstrekt de collageenmatrix de structuur en de mechanische krachten die cellen moeten verdelen en orgaan-verwante functies aannemen. Het orgaanskelet wordt vervolgens afgezet met de levercellen van de patiënt, die het orgaan opnieuw bevolken, waardoor het weer tot leven komt met veel van de functies van een menselijke lever.
hoewel deze methode veelbelovend is, betekent het nog steeds wachten op een donororgaan waarmee gewerkt kan worden. 3D-printen kan een manier bieden om dat te omzeilen. Deze methode vergt veel meer begrip van het orgaan zelf, maar belooft patiënten te bevrijden van het wachten op een donororgaan.verder lezen: 3D Bioprinter Print gezonde huid op patiënten in minuten
“er is zoveel gaande in een orgaan als het hart dat we niet kunnen zien, tenzij we vanaf nul beginnen,” zei Atala. “We kijken naar de structuur vanuit een 360-graden perspectief om ervoor te zorgen dat we de functionaliteit van het orgel op alle mogelijke manieren kunnen repliceren, anders zal het niet overleven.een manier om dat te doen is om organen te blijven bouwen en te leren van de builds. Daartoe hebben Atala en zijn team meer dan een dozijn printers ontworpen om de complexe processen van het bouwen van een solide orgel uit te voeren. De printers werken als color ink-jet printers, maar in plaats van inkt, bevatten hun cartridges cellen gescheiden door het type.
om te beginnen, de bioprinter is geladen met patiënt en orgaan informatie, een blauwdruk van wat te bouwen. Door middel van een systeem van sproeiers, de printer afzettingen lagen van cellen als een dikke gel. Dit genereert langzaam de orgaanstructuur met behoud van het leven van de cellen die erin zijn ingebed.terwijl het team deze topografische vorm van engineering nog onder de knie heeft, geeft 3D-printen onderzoekers de kans om de details uit te werken. Door middel van vallen en opstaan hebben ze met succes de printers geprogrammeerd om zelfs de kleinste bloedvaten in een complex orgaan te deponeren.

is 3D Bioprinting de toekomst van orgaantransplantatie?

ongeacht welke van deze technieken het team gebruikt, het duurt ongeveer vier tot zes weken om een gezonde vervanger voor een patiënt te bouwen. Omdat het vervangende weefsel of orgaan is gemaakt van de eigen cellen van de patiënt, is er vrijwel geen kans op afstoting—wat betekent dat patiënten sneller dan ooit tevoren genezen en hoeven geen medicijnen te nemen om te voorkomen dat hun immuunsysteem de transplantatie aanvalt.verder lezen: top 10 Bioengineering Trends voor 2020″om in staat te zijn om deze structuren te creëren met de eigen cellen van een patiënt naar waar ze zich echt kunnen aanpassen en genezen, dat is de hoop voor ons,” zei Atala. “We willen ervoor zorgen dat we zoveel mogelijk patiënten kunnen bereiken.Atala zegt dat de meer vereenvoudigde structuren zoals huid en bloedvaten al succesvolle proeven op mensen hebben gehad en binnen een paar jaar in de kliniek zullen zijn. Vaste organen zullen veel langer duren.het is een opmerkelijke reis geweest voor Atala en zijn vooruitgang heeft de basis en kennisbasis gelegd voor een succesvolle generatie van menselijk celweefsel.Cassie Kelly is een ingenieur-en milieuschrijfster Uit Columbus, Ohio.Registreer vandaag voor AM Medical: 27-28 mei 2020 in Minneapolis, MN