Kunstmatig geconstrueerde menselijke weefsels en organen zijn ontwikkeld met een aantal verschillende doeleinden in gedachten, van geavanceerde robotica en nieuwe materialen tot drugsscreening. De precisie die wordt vereist door toepassingen voor het screenen van geneesmiddelen stelt bijzonder hoge eisen aan hoe nauwkeurig biomimetische constructies weefselkenmerken en gedragingen die betrokken zijn bij de absorptie van geneesmiddelen repliceren.

Een nieuwe voorsprong, deze week gepubliceerd in het tijdschrift Biomicrofluïdica , biedt nu de mogelijkheid om gevasculariseerd weefsel te construeren en in vivo medicijntoediening na te bootsen in 3D bioprinted leverweefsel. Een echt internationale samenwerking, met onderzoekers verbonden aan Chili, Italië, Saoedi-Arabië, Korea en de VS, ontwikkelde dit relatief eenvoudige levermodel om een ​​nauwkeuriger systeem te bieden voor het testen van de toxiciteit van geneesmiddelen.

"De meeste drugstestmodellen gebruiken een tweedimensionaal (2-D) monolaag celweefsel, of een 3D-weefsel, maar zonder dit netwerk, " zei Su Ryon Shin, een instructeur die onderzoek doet aan de Harvard Medical School en een van de auteurs van de studie. "Onze lichamen zijn eigenlijk samengesteld uit een 3D-constructie met een vasculair netwerk, niet samengesteld uit [slechts] enkele cellen."

De 3D-structuur bootst de architectuur en functionaliteit van complex menselijk weefsel beter na in vergelijking met 2D-monolagen van celmodellen, vanwege hun verbeterde cel-cel interacties en verbeterde cellulaire functies. Deze 3D-structuren bieden een verbeterd weefselmodel en leveren meer realistische medicijnreacties dan hun 2D-tegenhangers. Dit nieuwe gevasculariseerde monster biedt een groter voorspellend vermogen voor echte toxiciteitsniveaus die het lichaam zou ervaren.

Bedrukt met bio-inkt die gebruikmaakt van opofferende microkanaalsteigers, het uiteindelijke kanaalnetwerk met endotheelcellen maakt het mogelijk om in vivo effecten van geneesmiddelabsorptie te observeren zonder dat er daadwerkelijk een in vivo onderzoek hoeft te worden uitgevoerd. Bovendien, de techniek kan worden aangepast aan verschillende celtypen om waarschijnlijk op de patiënt afgestemde testen van geneesmiddeltoxiciteit te bieden.

"We gebruiken menselijke cellen, en toen we deze techniek ontwikkelden, deden we [dat op een manier dat we] gemakkelijk het celtype konden veranderen, met misschien de primaire cel van een patiënt of hun endotheelcellen en we kunnen [mogelijk] een menselijk gespecialiseerd weefselmodel maken, ' zei Shin.

Hoewel het construct nog steeds een vrij vereenvoudigde versie is van echt leverweefsel, het nieuwe niveau van complexiteit van dit vasculaire model heeft het team al geholpen een belangrijk mechanisme te ontdekken dat een monolaagconstructie nooit zou kunnen onthullen.

"Op basis van onze bevinding, de endotheellaag vertraagt ​​de reactie van de geneesmiddeldiffusie, vergeleken met zonder de endotheellaag, Shin zei. "Ze veranderen de diffusieconstanten van medicijnen niet, maar ze vertragen de doorlaatbaarheid, dus vertragen ze de [respons] omdat het tijd kost om door de endotheellaag te gaan."

Shin is in het bijzonder van plan om toekomstig onderzoek te richten op deze diffusiestap, en hoe het kan worden afgestemd om de opname van geneesmiddelen te optimaliseren. Breder, de groep hoopt dat dit slechts een vroege stap is in de ontwikkeling van complexere en snellere bioprinted drugtestsystemen, zoals multi-orgaan-op-een-chip-apparaten en monstermodellen voor andere orgaan- en weefselsystemen. Medicijnen tegen kanker, bijvoorbeeld, vereisen een goed begrip van de effecten op verschillende weefsels buiten alleen het kankerweefsel zelf, en zou veel baat hebben bij zo'n constructie.