3D-tryckta tjocka vaskulariserade vävnadskonstruktioner för organteknik och regenerativ medicin

framsteg inom drogtestning och regenerativ medicin kan i hög grad dra nytta av laboratoriekonstruerade mänskliga vävnader byggda av olika celltyper med exakt 3D-arkitektur. Men produktionen av större än millimeterstora mänskliga vävnader har begränsats av brist på metoder för att bygga vävnader med inbäddade livsuppehållande vaskulära nätverk.

tvärvetenskaplig forskning vid Wyss Institute har lett till utvecklingen av en multimateriell 3D-bioprintningsmetod som genererar vaskulariserade vävnader som består av levande mänskliga celler som är nästan tio gånger tjockare än tidigare konstruerade vävnader och som kan upprätthålla sin arkitektur och funktion i uppemot sex veckor. Metoden använder en anpassningsbar, tryckt silikonform för att hysa och plumb den tryckta vävnaden på ett chip. Inuti denna form skrivs ett rutnät av större vaskulära kanaler som innehåller levande endotelceller i silikonfärg, i vilket ett självbärande bläck som innehåller levande mesenkymala stamceller (MSCs) lagras i ett separat utskriftsjobb. Efter utskrift används en vätska som består av fibroblaster och extracellulär matris för att fylla öppna områden inom konstruktionen, lägga till en bindvävskomponent som tvärbindar och ytterligare stabiliserar hela strukturen.

den resulterande mjukvävnadsstrukturen kan omedelbart perfuseras med näringsämnen såväl som tillväxt-och differentieringsfaktorer via ett enda inlopp och utlopp på motsatta ändar av chipet som ansluter till kärlkanalen för att säkerställa överlevnad och mognad av cellerna. I en proof-of-principle-studie möjliggjorde en centimeter tjocka bioprintade vävnadskonstruktioner innehållande humana benmärgs-MSC omgiven av bindväv och stödd av en artificiell endotelfodrad vaskulatur cirkulationen av bentillväxtfaktorer och därefter induktion av benutveckling.

denna innovativa bioprinting-strategi kan modifieras för att skapa olika vaskulariserade 3D-vävnader för regenerativ medicin och drogtestning. Wyss-teamet undersöker också användningen av 3D-bioprinting för att tillverka nya versioner av institutets organ på chips-enheter, vilket gör deras tillverkningsprocess mer automatiserad och möjliggör utveckling av alltmer komplexa mikrofysiologiska enheter. Denna insats har resulterat i det första helt 3D-tryckta orgeln på ett chip – ett hjärta på ett chip – med integrerade mjukspänningssensorer.