Weefselingenieurs creëren kunstmatige organen en weefsels die kunnen worden gebruikt om nieuwe medicijnen te ontwikkelen en te testen. beschadigd weefsel herstellen en zelfs hele organen in het menselijk lichaam vervangen. Echter, huidige fabricagemethoden beperken hun vermogen om vormen in vrije vorm te produceren en een hoge levensvatbaarheid van de cellen te bereiken.

Onderzoekers van het Laboratorium voor Toegepaste Fotonica Apparaten (LAPD), in EPFL's School of Engineering, samenwerken met collega's van de Universiteit Utrecht, hebben een optische techniek bedacht die slechts een paar seconden duurt om complexe weefselvormen te vormen in een biocompatibele hydrogel-bevattende stamcellen. Het resulterende weefsel kan vervolgens worden gevasculariseerd door endotheelcellen toe te voegen.

Het team beschrijft deze afdrukmethode met hoge resolutie in een artikel dat verschijnt in: Geavanceerde materialen . De techniek zal de manier waarop specialisten op het gebied van celtechniek werken veranderen, waardoor ze een nieuw soort gepersonaliseerde, functionele bioprinted organen.

Een dijbeen of meniscus afdrukken

De techniek wordt volumetrische bioprinting genoemd. Om weefsel te maken, de onderzoekers projecteren een laser in een draaiende buis gevuld met een met stamcellen beladen hydrogel. Ze vormen het weefsel door de energie van het licht op specifieke locaties te concentreren, die vervolgens stollen. Na slechts enkele seconden, een complexe 3D-vorm verschijnt, gesuspendeerd in de gel. De stamcellen in de hydrogel worden grotendeels onaangetast door dit proces. De onderzoekers introduceren vervolgens endotheelcellen om het weefsel te vasculariseren.

De onderzoekers hebben aangetoond dat het mogelijk is om een ​​weefselconstructie van enkele centimeters te maken, wat een klinisch bruikbare grootte is. Voorbeelden van hun werk zijn een klep die lijkt op een hartklep, een meniscus en een complex gevormd deel van het dijbeen. Ze waren ook in staat om in elkaar grijpende structuren te bouwen.

"In tegenstelling tot conventionele bioprinting - een langzame, laag-voor-laag proces:onze techniek is snel en biedt meer ontwerpvrijheid zonder de levensvatbaarheid van de cellen in gevaar te brengen, " zegt Damien Loterie, een LAPD-onderzoeker en een van de coauteurs van de studie.

Het menselijk lichaam repliceren

Het werk van de onderzoekers is een echte gamechanger. "De kenmerken van menselijk weefsel hangen in grote mate af van een zeer geavanceerde extracellulaire structuur, en het vermogen om deze complexiteit te repliceren zou kunnen leiden tot een aantal echte klinische toepassingen, " zegt Paul Delrot, een andere co-auteur. Met behulp van deze techniek, laboratoria zouden met ongekende snelheid kunstmatige weefsels of organen in massa kunnen produceren. Dit soort repliceerbaarheid is essentieel als het gaat om het testen van nieuwe medicijnen in vitro, en het zou kunnen helpen om de noodzaak van dierproeven te ondervangen - een duidelijk ethisch voordeel en een manier om de kosten te verlagen.

"Dit is nog maar het begin. We geloven dat onze methode inherent schaalbaar is naar massafabricage en kan worden gebruikt om een ​​breed scala aan cellulaire weefselmodellen te produceren, om nog maar te zwijgen van medische hulpmiddelen en gepersonaliseerde implantaten, " zegt Christophe Moser, het hoofd van de LAPD.

De onderzoekers zijn van plan hun baanbrekende techniek via een spin-off op de markt te brengen.