Vävnadsingenjörer skapar konstgjorda organ och vävnader som kan användas för att utveckla och testa nya läkemedel, reparera skadad vävnad och till och med ersätta hela organ i människokroppen. Dock, nuvarande tillverkningsmetoder begränsar deras förmåga att producera fria former och uppnå hög cellviabilitet.

Forskare vid Laboratory of Applied Photonics Devices (LAPD), i EPFL:s School of Engineering, arbeta med kollegor från Utrecht University, har kommit på en optisk teknik som tar bara några sekunder att skulptera komplexa vävnadsformer i en biokompatibel hydrogel som innehåller stamceller. Den resulterande vävnaden kan sedan vaskulariseras genom att lägga till endotelceller.

Teamet beskriver denna högupplösta utskriftsmetod i en artikel som visas i Avancerade material . Tekniken kommer att förändra hur cellteknikspecialister arbetar, så att de kan skapa en ny sort av personliga, funktionella bioprintade organ.

Utskrift av ett lårben eller en menisk

Tekniken kallas volymetrisk bioprinting. För att skapa vävnad, forskarna projicerar en laser ner i ett snurrande rör fyllt med en stamcellsladd hydrogel. De formar vävnaden genom att fokusera energin från ljuset på specifika platser, som sedan stelnar. Efter bara några sekunder, en komplex 3D-form visas, suspenderad i gelén. Stamcellerna i hydrogelen är i stort sett opåverkade av denna process. Forskarna introducerar sedan endotelceller för att vaskularisera vävnaden.

Forskarna har visat att det är möjligt att skapa en vävnadskonstruktion som mäter flera centimeter, vilket är en kliniskt användbar storlek. Exempel på deras arbete inkluderar en klaff som liknar en hjärtklaff, en menisk och en komplexformad del av lårbenet. De kunde också bygga sammankopplade strukturer.

"Till skillnad från konventionell bioprinting - en långsam, lager-för-lager-process – vår teknik är snabb och erbjuder större designfrihet utan att äventyra cellernas livskraft, säger Damien Loterie, en LAPD-forskare och en av studiens medförfattare.

Replikera människokroppen

Forskarnas arbete är en riktig game changer. "Karakteristiken hos mänsklig vävnad beror till stor del på en mycket sofistikerad extracellulär struktur, och förmågan att replikera denna komplexitet kan leda till ett antal verkliga kliniska tillämpningar, säger Paul Delrot, en annan medförfattare. Genom att använda denna teknik, labb skulle kunna massproducera konstgjorda vävnader eller organ i oöverträffad hastighet. Denna typ av replikerbarhet är väsentlig när det gäller att testa nya läkemedel in vitro, och det skulle kunna bidra till att undanröja behovet av djurförsök – en tydlig etisk fördel såväl som ett sätt att minska kostnaderna.

"Detta är bara början. Vi tror att vår metod i sig är skalbar mot masstillverkning och kan användas för att producera ett brett utbud av cellulära vävnadsmodeller, för att inte tala om medicinsk utrustning och personliga implantat, säger Christophe Moser, chefen för LAPD.

Forskarna planerar att marknadsföra sin banbrytande teknik genom en spin-off.