Вчені роблять прорив у функціональному 3D-друці людських тканин

У Сіднеї запущено проєкт з використанням методів біоінженерії та клітинної культури, щоб привчити стовбурові клітини, отримані з клітин крові та клітин шкіри, стати спеціалізованими та утворювати органоподібні структури. Проєкт був очолений професором Хала Зрейкат та доктором Пітером Ньюманом з Сіднейського університету біомедичної інженерії, а також професором Патріком Темом, який очолює дослідницький відділ ембріології CMRI. Дослідницька робота групи під назвою "Програмування формування багатоклітинного патерну за допомогою механо-хімічно мікроструктурованих клітинних ніш" була опублікована в журналі Advanced Science.

Заглядаючи в майбутнє, дослідницька група тепер зосередиться на розробці своєї методики для розвитку галузі регенеративної медицини та пошуку нових методів лікування низки захворювань.

«Наш новий метод служить інструкцією для клітин, дозволяючи їм створювати тканини, які краще організовані та більш схожі на свої природні аналоги. Це важливий крок на шляху можливості друкувати робочі тканини та органи на 3D-принтері», — прокоментувала професор Хала Зрейкат. Клітинам потрібні докладні інструкції у вигляді стратегічно розташованих білків та механічних тригерів для побудови тканин. За словами доктора Ньюмана, без цих конкретних інструкцій клітини, швидше за все, групуватимуться непередбачуваним і неточним чином.

В ході цього дослідження вчені використовували нову техніку 3D-фотолітографічного друку для генерації мікроскопічних механічних та хімічних сигналів, які направляють клітини в точні та організовані структури, подібні до органів. Цей метод був використаний для успішного створення комплексу кістково-жирової клітковини, що нагадує структуру кістки. За допомогою цього методу також була виготовлена сукупність тканин, що нагадує процеси раннього розвитку ссавців.

"У минулому стовбурові клітини вирощували для створення багатьох типів клітин, але ми не могли контролювати, як вони диференціюються і збираються в 3D", - прокоментував професор Тем. «Завдяки цій біоінженерній технології ми тепер можемо спрямовувати стовбурові клітини на формування певних типів клітин та правильно організовувати ці клітини у часі та просторі, тим самим відтворюючи реальний розвиток органу».

Є надія, що це дослідження допоможе краще зрозуміти, як органи розвиваються та функціонують, а також як генетичні мутації та помилки розвитку впливають на захворювання органів. Щобільше, вважається, що це дослідження відкриває потенціал для розвитку клітинної та генної терапії. Справді, здатність виробляти бажані типи клітин може полегшити виробництво клінічно значущих стовбурових клітин для терапевтичного використання.

«Цей метод має величезне практичне значення. Наприклад, у регенеративній медицині, де існує гостра потреба в трансплантації органів, подальші дослідження з використанням цього підходу можуть сприяти зростанню функціональних тканин у лабораторії», — пояснила професор Хала Зрейкат.

Доктор Пітер Ньюман додав, що «ця технологія може революціонізувати те, як ми вивчаємо та розуміємо хвороби. Створюючи точні моделі хворих тканин, ми можемо спостерігати прогресування захворювання та реакцію на лікування у контрольованому середовищі».

Дослідники особливо сподіваються, що їх результати допоможуть лікувати втрату зору, спричинену дегенерацією жовтої плями та спадковими захворюваннями, що призводять до втрати фоторецепторних клітин сітківки.

"Якщо ми зможемо створити ділянку клітин за допомогою біоінженерії та побачити, як функціонує вся система, тоді ми зможемо дослідити методи лікування, які використовують функціональні клітини для заміни клітин в оці, які були втрачені через хворобу", - заявив професор Тем.

«Це матиме велике значення, якщо ми зможемо доставити здорові клітини в око. Незалежно від того, чи була макула (область сітківки, відповідальна за центральний зір) втрачена через спадкове захворювання чи травму, лікування буде однаковим».

Попри перспективні результати цього дослідження, 3D-біодрук життєздатних, придатних для трансплантації органів все ще далека від реалізації. Однак ряд компаній досягли прогресу в досягненні цієї довгострокової мети.