Veel van de complexe gevouwen vormen die weefsels van zoogdieren vormen, kunnen worden nagebootst met zeer eenvoudige instructies, UC San Francisco bio-ingenieurs rapporteren 28 december in het tijdschrift Ontwikkelingscel . Door mechanisch actieve muis- of menselijke cellen te modelleren tot dunne lagen extracellulaire matrixvezels, de onderzoekers konden kommen maken, wikkelen, en rimpelingen uit levend weefsel. De cellen werkten mechanisch samen door een web van deze vezels om zichzelf op voorspelbare manieren op te vouwen, natuurlijke ontwikkelingsprocessen na te bootsen.

"Ontwikkeling begint een canvas voor engineering te worden, en door de complexiteit van ontwikkeling op te splitsen in eenvoudiger technische principes, wetenschappers beginnen beter te begrijpen, en uiteindelijk controle, de fundamentele biologie, " zegt senior auteur Zev Gartner, onderdeel van het Center for Cellular Construction aan de University of California, San Francisco. "In dit geval, het intrinsieke vermogen van mechanisch actieve cellen om veranderingen in weefselvorm te bevorderen is een fantastisch chassis voor het bouwen van complexe en functionele synthetische weefsels."

Labs gebruiken al 3D-printen of micro-molding om 3D-vormen te maken voor weefselengineering, maar het eindproduct mist vaak belangrijke structurele kenmerken van weefsels die groeien volgens ontwikkelingsprogramma's. De benadering van het Gartner-lab maakt gebruik van een precisie 3D-celpatroontechnologie genaamd DNA-programmed assembly of cells (DPAC) om een ​​eerste ruimtelijke sjabloon van een weefsel op te zetten dat zichzelf vervolgens in complexe vormen vouwt op een manier die repliceert hoe weefsels zichzelf hiërarchisch assembleren tijdens de ontwikkeling .

"We beginnen te zien dat het mogelijk is om natuurlijke ontwikkelingsprocessen op te splitsen in technische principes die we vervolgens kunnen hergebruiken om weefsels te bouwen en te begrijpen, " zegt eerste auteur Alex Hughes, een postdoctoraal onderzoeker bij UCSF. "Het is een totaal nieuwe invalshoek in tissue engineering."

"Het was verbazingwekkend voor mij hoe goed dit idee werkte en hoe eenvoudig de cellen zich gedragen, Gartner zegt. "Dit idee heeft ons laten zien dat wanneer we robuuste ontwikkelingsontwerpprincipes onthullen, wat we er technisch gezien mee kunnen doen, wordt alleen beperkt door onze verbeeldingskracht. Alex was in staat om levende constructies te maken die van vorm veranderden op manieren die heel dicht in de buurt kwamen van wat onze eenvoudige modellen voorspelden."

Gartner en zijn team zijn nu benieuwd of ze het ontwikkelingsprogramma dat weefselvouwing controleert, samen kunnen voegen met anderen die weefselpatronen controleren. Ze hopen ook te beginnen te begrijpen hoe cellen differentiëren als reactie op de mechanische veranderingen die optreden tijdens weefselvouwing in vivo, inspiratie halen uit specifieke stadia van embryonale ontwikkeling.