SWIFT 3D Bioprinting Yapay Olarak Yetiştirilen İnsan Organlarına Doğru Yol Açıyor

Vipoyd

Vipoyd - Yeni Nesil Medya Platformu
Yönetici
#1
SWIFT 3D Bioprinting Yapay Olarak Yetiştirilen İnsan Organlarına Doğru Yol Açıyor
Tissues-Created-With-and-Without-SWIFT-777x376.jpg

SWIFT baskılı kanallar olmadan oluşturulan dokular, 12 saatlik kültürden sonra
(solda) çekirdeklerinde hücre ölümü (kırmızı) gösterirken, kanallı dokular
(sağda) sağlıklı hücrelere sahiptir. Kredi: Harvard Üniversitesi'ndeki Wyss Enstitüsü


Kurban mürekkebi yazma tekniği, büyük, damarlanmış insan organı yapı bloklarının 3B baskısını sağlar.
Amerika Birleşik Devletleri'nde bir organ nakli için her gün 20 kişi ölüyor ve şu anda yılda 30.000'den fazla nakli gerçekleştiriliyor olsa da, şu anda organ bekleme listelerinde 113.000'den fazla hasta var. Yapay olarak yetiştirilen insan organları, çoğu kişi tarafından bu organ kıtlığının giderilmesi için “kutsal kâse” olarak görülmektedir ve 3B baskıdaki ilerlemeler, insan organları şeklinde canlı doku yapıları oluşturmak için bu tekniği kullanmada bir patlama yaratmıştır. Bununla birlikte, bugüne kadar basılmış tüm 3B basılı insan dokuları, organ onarımı ve replasmanında kullanılması için gereken hücre yoğunluğu ve organ seviyesi fonksiyonlarından yoksundur.

Şimdi, Harvard'ın Wyss Biyolojik İlham Alma Mühendisliği Enstitüsü ve John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu'ndan (SEAS) araştırmacılar tarafından oluşturulan SWIFT (işlevsel dokuya kurban yazma) adı verilen yeni bir teknik, 3D baskı vasküler kanallarının içine sokan bu büyük engelin üstesinden geldi kök hücre kökenli organ yapı bloklarından (OBB'ler) oluşan canlı matrisler, yüksek hücre yoğunluğu ve fonksiyonu ile yaşayabilir, organa özgü dokular verir. Araştırma Science Advances'te rapor edilmiştir.

Wyss Enstitüsü'nde Araştırma Görevlisi olan ortak yazar Mark Skylar-Scott, “Bu, doku üretimi için tamamen yeni bir paradigma” dedi. “Tüm organın hücre değerlerini 3B yazdırmaya çalışmak yerine, SWIFT, yalnızca, sonuçta terapötik olarak laboratuarda insan organlarını onarmak ve yerine koymak için kullanılabilecek, büyük miktarlarda OBB içeren canlı bir doku yapısını desteklemek için gerekli olan damarları basmaya odaklanır. Hastaların kendi hücrelerini içeren yetişkin versiyonları. ”

Living-Embryoid-Bodies-Surround-a-Hollow-Vascular-Channel-777x778.jpg

Canlı embriyoid cisimler, SWIFT metodu kullanılarak basılmış içi boş bir vasküler kanalı çevreler. Kredi: Harvard Üniversitesi'ndeki Wyss Enstitüsü

SWIFT, yüzbinlerce kök hücre türevli agrega oluşturmak için, mililitrede yaklaşık 200 milyon hücre içeren yoğun, canlı bir OBB matrisi halinde oluşturmakla başlayan iki aşamalı bir işlemi içerir. Daha sonra, hücrelere oksijen ve diğer besinlerin aktarılabildiği vasküler bir ağ, bir kurban mürekkebin yazılması ve çıkarılması ile matris içine gömülür. “Bu OBB'lerden yoğun bir matris oluşturmak, iki kuşu bir taşla öldürüyor: yalnızca insan organlarınınkine benzeyen yüksek bir hücre yoğunluğunu elde etmekle kalmıyor, aynı zamanda matrisin viskozitesi, içinde bulunan perfüze edilebilir kanalların ağını taklit etmek için de yayılıyor. İnsan organlarını destekleyen kan damarları, ”dedi. Ortak yazar Yazar Sébastien Uzel, Wyss Enstitüsü ve SEAS Araştırma Görevlisi Ph.D.

SWIFT yönteminde kullanılan hücresel agregalar, santrifüjleme ile sıkıştırılmış bir canlı matris yapmak için özel bir hücre dışı matris (ECM) çözeltisi ile karıştırılan yetişkin kaynaklı pluripotent kök hücrelerden türetilir. Soğuk sıcaklıklarda (0-4 ° C), yoğun matris mayonez kıvamına sahiptir - hücrelere zarar vermeden manipüle edebilecek kadar yumuşak, ancak şeklini tutacak kadar kalın - kurban 3D baskı için mükemmel bir ortam sağlar. Bu teknikte, ince bir nozül, bu matris boyunca hareket eder ve hücrelere zarar vermeden yoldan çıkan bir "jelatin" ipliğini biriktirir.

Soğuk matris 37 ° C'ye ısıtıldığında, jelatin mürekkep erir ve perfüze edilebilen doku yapısının içine gömülü bir kanal ağı geride bırakılarak sertleşir (omlet pişirilir gibi) sertleşir. hücreleri beslemek için oksijenli ortam ile. Araştırmacılar kanalların çaplarını 400 mikrometreden 1 milimetreye kadar değiştirebildiler ve dokularda dallanma vasküler ağları oluşturmak için bunları sorunsuz bir şekilde birleştirdiler.

SWIFT kullanılarak gömülü vasküler kanallarla basılan ve bu şekilde perfüze edilen organa özgü dokular, canlı kalırken, bu kanallar olmadan büyütülen dokular, 12 saat içinde çekirdeklerinde hücre ölümü yaşadı. Dokuların organa özgü fonksiyonlar gösterip göstermediğini görmek için ekip, bir dallı kanal mimarisini, kalp kaynaklı hücrelerden oluşan bir matrikse bastırdı, tahliye etti ve perfüze etti; Bu süre zarfında, kardiyak OBB'ler, kasılmaları daha senkronize ve 20 katın üzerinde bir güçlenen, insan kalbinin temel özelliklerini taklit eden daha sağlam bir kalp dokusu oluşturmak üzere bir araya geldi.

SWIFT-3D-Printed-Human-Tissues-777x437.jpg

Kırmızı, jelatin bazlı "mürekkep" kanallarının bir dallanma ağı, organ vaskülatürünü taklit etmek için ince bir meme kullanan milyonlarca hücreden (sarı) oluşan canlı bir kardiyak doku yapısına 3D olarak basılmıştır. Kredi: Harvard Üniversitesi'ndeki Wyss Enstitüsü

“SWIFT biyo-üretim yöntemimiz, primer hücrelerin agregalarından kök hücreden türetilen organoitlere kadar değişen OBB'lerden ölçekte organa özgü dokular oluşturmada oldukça etkilidir” dedi. Wyss Enstitüsü'nde ve Hansjörg Wyss'de SEAS Biyolojik Mühendisi Profesör olarak görev yaptı. “Kök hücre araştırmacılarından gelen son gelişmeleri laboratuvarımın geliştirdiği bioprinting yöntemleriyle birleştirerek, SWIFT'nin dünyadaki organ mühendisliği alanını büyük ölçüde ilerleteceğine inanıyoruz.”

Wyss Enstitüsü öğretim üyeleri Chris Chen, Ph.D. Boston Üniversitesi ve Sangeeta Bhatia, MD, Ph.D., MIT'de bu dokuları hayvan modellerine yerleştirmek ve Lewis ve Chris Chen tarafından ortaklaşa oluşturulan 3D Organ Engineering Initiative'in bir parçası olarak ev sahibi entegrasyonunu araştırmak.

Wyss Enstitüsü Kurucu Direktörü Donald Ingber, aynı zamanda Judah Folkman olan MD, “Vasküler kanallarla canlı insan dokularını vücudun dışında fonksiyonel insan organları oluşturma hedefine doğru atma yeteneği” dedi. HMS'de Vasküler Biyoloji Profesörü , Boston Çocuk Hastanesinde Vasküler Biyoloji Programı ve SEAS'ta Biyomühendislik Profesörü. “Sonuç olarak, hem organ mühendisliğini hem de kendi organları arızalı hastaların yaşam ömrünü dramatik bir şekilde geliştirme potansiyeline sahip olan bu araştırma da dahil olmak üzere, Jennifer'ın laboratuvarındaki başarılardan etkilenmeye devam ediyoruz”

Makalenin diğer yazarları arasında Harvard Üniversitesi ve Harvard SEAS'daki Wyss Enstitüsü'ndeki mevcut bir yüksek lisans öğrencisi olan John Ahrens, eski Wyss Enstitüsü ve Harvard SEAS üyeleri Lucy Nam, Ryan Truby, Ph.D. ve Sarita Damaraju bulunmaktadır. Bu araştırma, Deniz Araştırmaları Ofisi Vannevar Bush Fakülte Bursu, Ulusal Sağlık Enstitüleri, GETTYLAB ve Wyss Harvard Üniversitesi Biyolojik Etkilere Sahip Mühendislik Enstitüsü tarafından desteklenmiştir.

Kaynak: Mark A. Skylar-Scott, Sebastien GM Uzel, Lucy L. Nam, John H. Ahrens, Ryan L. Truby, Sarita Damaraju ve Jennifer A tarafından “ Yüksek hücre yoğunluğu ve gömülü damar kanallarına sahip organa özgü dokuların biyo-üretimi ” Lewis, 6 Eylül 2019, Science Advances .
DOI: 10.1126 / sciadv.aaw2459
 
Üst