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Künstliche Organe können endlich durchblutet werden
Bei einem möglicherweise entscheidenden Durchbruch bei der Herstellung künstlicher Organe haben Harvard-Forscher nach eigenen Angaben Gewebe geschaffen, das mit Blutgefäßen verflochten ist.
Lebende Schichten: Harvard-Forscher demonstrieren ihre Methode zur Herstellung vaskularisierter Gewebekonstrukte, indem sie zellbeladene Tinten in einem geschichteten Zick-Zack-Muster drucken.
Mit einem speziell angefertigten 4-Kopf-3D-Drucker und einer verschwindenden Tinte hat der Materialwissenschaftler Jennifer Lewis und ihr Team schufen ein Gewebestück, das Hautzellen und biologisches Strukturmaterial enthält, das mit blutgefäßähnlichen Strukturen verwoben ist. Gemeldet vom Team in Fortgeschrittene Werkstoffe , ist das Gewebe das erste, das durch 3D-Druck hergestellt wurde und potenziell funktionelle Blutgefäße enthält, die zwischen mehreren gemusterten Zelltypen eingebettet sind.
In den letzten Jahren haben Forscher beeindruckende Fortschritte beim Aufbau von Geweben und organähnlichen Strukturen im Labor gemacht. Dünne künstliche Gewebe, wie beispielsweise eine aus patienteneigenen Zellen gezüchtete Luftröhre, werden bereits zur Behandlung von Patienten verwendet (siehe Herstellungsorgane). In anderen vorläufigen Beispielen haben Wissenschaftler gezeigt, dass bestimmte Kulturbedingungen Stammzellen dazu bringen können, zu selbstorganisierten Strukturen zu wachsen, die einem sich entwickelnden Gehirn, einer Leber oder einem Teil eines Auges ähneln (siehe Forscher züchten menschliche 3-D-Gehirngewebe , Eine rudimentäre Leber wird aus Stammzellen und wachsenden Augäpfeln gezüchtet). Doch unabhängig von der Bauweise sind alle regenerativen Projekte beim Versuch, dickeres und komplexeres Gewebe aufzubauen, an dieselbe Wand gestoßen: fehlende Blutgefäße.
Lewis’ Gruppe löste das Problem, indem sie hohle, röhrenartige Strukturen in einem Netz aus gedruckten Zellen mit einer Tinte erzeugte, die sich beim Abkühlen verflüssigt. Das Gewebe wird vom 3D-Drucker schichtweise aufgebaut. Eine Tinte auf Gelatinebasis fungiert als extrazelluläre Matrix – die strukturelle Mischung aus Proteinen und anderen biologischen Molekülen, die Zellen im Körper umgibt. Zwei andere Tinten enthielten das Gelatinematerial und entweder Maus- oder menschliche Hautzellen. Alle diese Tinten sind viskos genug, um ihre Struktur nach dem Auftragen durch den Drucker beizubehalten.
Eine dritte Tinte mit kontraintuitivem Verhalten half dem Team bei der Herstellung der hohlen Tuben. Diese Tinte hat bei Raumtemperatur eine Jell-O-ähnliche Konsistenz, aber beim Abkühlen verflüssigt sie sich. Das Team druckte unter anderem Spuren dieser Tinte. Nach dem Abkühlen des bedruckten Gewebestücks legten die Forscher ein leichtes Vakuum an, um die spezielle Tinte zu entfernen, wodurch leere Kanäle in der Struktur zurückblieben. Dann können Zellen, die normalerweise Blutgefäße im Körper auskleiden, in die Kanäle infundiert werden.
Tatsächliche Ersatzgewebe oder -organe für Patienten zu bauen, ist ein fernes Ziel, aber eines, das das Team bereits abwägt. Wir glauben, dass dies ein sehr grundlegender Schritt ist, und wir glauben, dass er für den Organdruck oder die Regeneration unerlässlich sein wird, sagt Lewis, der Mitglied des Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering an der Harvard University ist.
Die kleinsten gedruckten Kanäle hatten einen Durchmesser von etwa 75 Mikrometern, was viel größer ist als die winzigen Kapillaren, die Nährstoffe und Abfallstoffe im ganzen Körper austauschen. Die Hoffnung ist, dass das 3D-Druckverfahren die Gesamtarchitektur der Blutgefäße innerhalb des künstlichen Gewebes festlegt und sich dann zusammen mit dem Rest des Gewebes kleinere Blutgefäße entwickeln. Wir betrachten dies als eine Methode, um die größeren Gefäße zu drucken; dann wollen wir die Biologie nutzen, um den Rest der Arbeit zu erledigen, sagt Lewis.