Artificiellt konstruerade mänskliga vävnader och organ har utvecklats med ett antal olika syften i åtanke, från avancerad robotteknik och nya material till drogscreening. Den precision som läkemedelsscreeningsapplikationer kräver ställer särskilt stora krav på hur exakt biomimetiska konstruktioner replikerar vävnadsegenskaper och beteenden som är involverade i läkemedelsabsorption.

Ett nytt framsteg, publicerades i veckan i tidningen Biomikrofluidik , erbjuder nu möjligheten att konstruera vaskulariserad vävnad och efterlikna in vivo läkemedelsadministration i 3-D bioprintad levervävnad. Ett verkligt internationellt samarbete, med forskare knutna till Chile, Italien, Saudiarabien, Korea och USA, utvecklat denna relativt enkla levermodell för att erbjuda ett mer exakt system för toxicitetstestning av läkemedel.

"De flesta läkemedelsprovsmodeller använder en tvådimensionell (2-D) monoskiktscellvävnad, eller en 3D-vävnad, men utan detta nätverk, " sa Su Ryon Shin, en instruktör som forskar vid Harvard Medical School och en av studiens författare. "Våra kroppar är faktiskt sammansatta av en 3D-konstruktion med ett vaskulärt nätverk, inte består av [bara] enstaka celler. "

3-D-strukturen efterliknar bättre arkitekturen och funktionaliteten hos komplex mänsklig vävnad jämfört med 2-D monolager av cellmodeller, på grund av deras förbättrade cell-cell-interaktioner och förbättrade cellulära funktioner. Dessa 3D-strukturer ger en förbättrad vävnadsmodell och levererar mer realistiska läkemedelssvar än deras 2-D-motsvarigheter. Detta nya vaskulariserade prov erbjuder större prediktionsförmåga för verkliga toxicitetsnivåer som kroppen skulle uppleva.

Tryckt med biobläck som använder uppoffrande mikrokanalställningar, det slutliga endotelcellskiktade kanalnätverket tillåter observation av in vivo-effekter av läkemedelsabsorption utan att faktiskt behöva göra en in vivo-studie. Dessutom, tekniken kan anpassas till olika celltyper för att sannolikt erbjuda patientanpassad testning av läkemedeltoxicitet.

"Vi använder mänskliga celler, och när vi utvecklade den här tekniken [gjorde vi det på ett sätt som lät oss] enkelt ändra celltyp, använder kanske en patients primära cell eller deras endotelceller och vi kan [potentiellt] skapa en människospecialiserad vävnadsmodell, " sa Shin.

Även om konstruktionen fortfarande är en ganska förenklad version av den verkliga levervävnaden, den här vaskulära modellens nya komplexitetsnivå har redan hjälpt teamet att upptäcka en viktig mekanism som en monoskiktskonstruktion aldrig skulle kunna avslöja.

"Baserat på våra upptäckter, endotelskiktet fördröjer läkemedelsdiffusionssvaret, jämfört med utan endotelskiktet, " sa Shin. "De ändrar inte några konstanter för drogdiffusion, men de fördröjer permeabiliteten, så de fördröjer [svaret] eftersom det tar tid att passera genom endotelskiktet."

Shin planerar särskilt att fokusera framtida forskning på detta spridningssteg, och hur det kan justeras för att optimera läkemedelsabsorption. Mer allmänt, gruppen hoppas att detta bara är ett tidigt steg i utvecklingen av mer komplexa och snabbare biotryckta läkemedelsprovningssystem, såsom multi-organ-on-a-chip-enheter och provmodeller för andra organ- och vävnadssystem. Cancerläkemedelsterapier, till exempel, kräver förståelse för effekterna på olika vävnader utanför själva cancervävnaden, och skulle ha stor nytta av en sådan konstruktion.