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Exklusives Interview mit Züchtern von 3D-Gewebe

Forscher haben Technologien von Herstellern von Mobiltelefonen und anderer Unterhaltungselektronik übernommen und sie zum Wachstum von 3D-Gewebe verwendet.

Wissenschaftler des Draper Laboratory und des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben einen Prototyp mit einer automatisierten "Schicht-für-Schicht" -Montage-Methode entwickelt, die normalerweise in der Elektronik-Verpackungsindustrie zum Bau integrierter Schaltungen verwendet wird. Ihre Arbeit ist in der Zeitschrift veröffentlicht Fortgeschrittene Werkstoffe.

Statt Mobiltelefone zu bauen, wurden mit dieser Technologie "poröse, flexible, biologisch abbaubare Elastomerplatten" gestapelt, mit denen die Forscher 3D-Gerüste erstellt haben, auf denen Gewebe gezüchtet werden kann.

Exklusives Interview

Medizinische Nachrichten heute sprach ausschließlich mit den Forschern. Das Interview folgt hier. Springe zum Rest der ursprünglichen Nachrichtengeschichte.

F: Wie sind Sie auf die Idee des Gewebegerüsts gekommen?

Lisa Freed, vom Draper Laboratory und Hauptforscher der Studie, sagt:

"Der Herzmuskel benötigt robuste strukturelle und mechanische Eigenschaften, um sich kontinuierlich und effizient zu kontrahieren, während er der Ermüdung widersteht. Natürliche Muskelfasern erfüllen diese Anforderungen über ein einzigartiges Ensemble von zellulären und extrazellulären Matrixstrukturen."

"Während viele Arten von Gerüsten entwickelt und mit Zellen kombiniert wurden, um natürliche Muskelfasern zu rekapitulieren, wurden nur wenige Gerüste explizit mit Blick auf die natürliche Muskelarchitektur entworfen."

"Wenn sich die Aufmerksamkeit der klinischen Anwendbarkeit zuwendet, werden die den bisherigen Gerüsten innewohnenden Einschränkungen deutlicher, wie die zufälligen Strukturen von gelartigen und schaumartigen Materialien und mechanische Schwächen und / oder übermäßige Steifheit anderer Materialien."

"Mikrofabrikationstechniken wie Mikroformen und Schicht-für-Schicht-Assemblierung bieten neue Möglichkeiten, Tissue-Engineering-Scaffolds mit kontrollierter Architektur in 3D herzustellen."

"Daher haben wir uns überlegt, Gerüste mit einer muskelfaserähnlicheren Architektur zu entwerfen, indem wir diese Technologien kombinieren."

F: Was ist dein nächster Schritt?

Lisa befreit:

"Unser nächstes Ziel ist es, zu verlängern in vivo Studien zur Implantation von hochskaliertem Gewebe auf der Oberfläche von Rattenherzen nach einem Herzinfarkt. "

"Ein verwandtes nächstes Ziel ist es, zu zeigen, dass wir nicht nur Gewebe mit einer ähnlichen Architektur wie Herzgewebe geschaffen haben, sondern dass es auch eine ähnliche Funktion und eine bessere Funktion hat als anderes, zuvor entwickeltes Herzgewebe."

"Das langfristige Ziel ist es, lebensfähige, dicke Herzgewebe-Implantate zu schaffen, zum Beispiel durch die Kombination von elastomeren Bausteingerüsten mit kultivierten Herzzellen und einem langsam biologisch abbaubaren Kanalnetz."

F: Wie wird diese Forschung zukünftige Entwicklungen unterstützen?

Martin Kolewe, Postdoktorand am MIT, sagt:

"Ein roter Faden durch viele Organe, die Ziele für regenerative Medizinanwendungen sind, ist, dass ihr Gewebe eine extrem komplexe 3D-Architektur hat."

"Die von uns entwickelte Technologie ermöglicht uns den Zugang zu einem völlig neuen 3D-Konstruktionsraum, um diese Architektur in Geweben mit allen drei Arten von Muskeln (Herz, Skelett, glatt) sowie Sehnen, Nerven und sogar Leber und Knochen zu reproduzieren . "

"Diese Forschung bringt uns also einen großen Schritt näher zur Entwicklung von künstlichem Gewebe, das die gleiche Struktur von nativem Gewebe aufweist und möglicherweise später in der Klinik nützlicher sein könnte."

"Eine weitere wichtige Auswirkung dieser Forschungsarbeiten ist, dass es eine praktische Möglichkeit ist, Polymergerüste zusammenzusetzen, um große, komplexe Gewebekonstrukte herzustellen."

"Eine große Herausforderung für die klinische Relevanz von künstlichem Gewebe ist die Größe des funktionellen Gewebes, das wir derzeit produzieren können."

"Es gibt zwar mehrere Herausforderungen bei der Produktion von dickerem Gewebe, einschließlich der Notwendigkeit, das Gewebe am Leben zu erhalten (durch eine Mikrovaskulatur in nativem Gewebe erreicht). Der hier entwickelte Ansatz wird uns erlauben, Gerüste und Geräte mit komplexen Designs in skalierbarer Weise zu bauen."

F: Wie könnte diese Technologie beim Wiederaufbau oder Wachstum menschlicher Organe helfen?

Martin Kolewe:

"Zur Reparatur menschlicher Organe können zellfreie Polymergerüste, die mit dieser Technologie hergestellt wurden, verwendet werden, um das Wachstum von nativem Gewebe in bestimmten Gewebetypen zu steuern oder in anderen Fällen präzise konstruierte strukturelle und / oder mechanische Unterstützung bereitzustellen."

"Für diese Anwendungen ist es eine Frage der Wahl der geeigneten Ziele, der Optimierung der Biomaterialeigenschaften und der Bearbeitung von Tiermodellen, die Technologie für den Menschen bereitzustellen. Wir verfügen über die wichtigsten Technologien."

"Aber um menschliche Organe wieder aufzubauen in vitromuss eine geeignete vom Menschen abgeleitete Zellquelle entwickelt werden, die sowohl ein langfristiges Überleben als auch eine spezifische Funktionalität bietet. "

"Während verschiedene Stammzell- und Progenitorzelltypen Gegenstand umfangreicher Forschung sind, bleibt die Demonstration einer geeigneten Zellquelle eine große Herausforderung auf dem Gebiet der regenerativen Medizin."

Die ursprüngliche Nachrichtengeschichte ging weiter

Lisa Freed, vom Draper Laboratory und MIT, sagt, dass diese neue Technologie implementiert werden könnte, um das Wachstum oder Nachwachsen bestimmter Gewebe bei Menschen mit angeborenen Defekten oder ernsthaften Schäden an Geweben und Organen zu fördern.

Die Wissenschaftler sagen, dass das 3D-Gerät ihnen erlauben wird, kontrollierte "3D-Porennetzwerke" zu bauen, die Zellen in präzisen Mustern wachsen lassen, so wie hochspezialisiertes Gewebe wie Herz und Skelettmuskulatur wachsen.


Die 3D-Scaffolds werden es Wissenschaftlern ermöglichen, voll funktionsfähiges Gewebe zu züchten, indem sie Zellen erlauben, in präzisen Mustern zu wachsen. Bildnachweis: MIT.

"Zellen in einem menschlichen Herzen beruhen auf einer Vielzahl von räumlichen und chemischen Signalen, um die hierarchische Organisation zu bilden, die zu einem vollständigen und funktionellen Organ führt", so die Forscher. Um sicherzustellen, dass die Zellen in diesen präzisen Mustern wachsen, mussten die Wissenschaftler "wichtige strukturelle Hinweise" identifizieren, die sie im Labor replizieren konnten.

Mit ihrer 3D-Gerüsttechnik konnte das Forscherteam kontraktiles Herzgewebe aus Herzzellen von Ratten wachsen lassen.

Die Gerüste sind flexibel genug, um direkt in einen verletzten Teil des Körpers implantiert zu werden, um das Zellwachstum an dieser Stelle zu steuern.

Lisa Freed sagt:

"Gerüste, die 3D-Zellstrukturen steuern, können die Herstellung von Geweben ermöglichen, die groß genug sind, um von klinischer Relevanz zu sein, und jetzt haben wir ein neues Werkzeug entwickelt, um dies zu unterstützen."

Biomedizinische Forscher könnten diese Gerüste auch zu ihrem Vorteil nutzen, um die Gewebeentwicklung zu untersuchen, so die Autoren der Studie.

Es wird angenommen, dass diese neue Technologie eine große Verbesserung gegenüber den derzeitigen Methoden der Reparatur und des Wachstums von menschlichen Organen darstellt. Vor dieser Innovation verwendeten die Forscher 2D-Matrizen, amorphe Gelatine oder 3D-Porenstrukturen, die sich nicht auf ein bestimmtes Wachstumsgebiet konzentrieren konnten.

Die Forscher hoffen, dass diese Technologie den Forschern bei der Erforschung neuer Behandlungsmöglichkeiten und Forschungsmöglichkeiten behilflich sein wird.

Martha Lundberg, eine Programmdirektorin des National Heart, Lung und Blood Institute (NHLBI), sagt über die Forschung:

"Diese Arbeit könnte ein potenziell bedeutender Fortschritt im Tissue Engineering sein, der zu neuen gewebebasierten Therapien führen wird, die auf die Wiederherstellung der Organfunktion abzielen."

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