Karakterisering av rECM -hybridhydrogeler. a) Bild av alginat- och mus -rECM -hydrogeler. Skalstänger:1 mm. b) Alginat – fluorescein- och ECM – rhodamin -modifierad rECM -hydrogel som visar fördelningen av alginat- och ECM -komponenterna i hydrogeln (se även Video S1 i stödinformationen). Skalstapel:200 µm. c) SEM -bild av hydrogeler. Skalstänger:50 µm. d) Stamkorsning (%) mellan lagrings- och förlustmodulen i alginathydrogeler (2%) och rECM -hydrogeler (2%alginat, 5 mg ml − 1 ECM) (n =3 per grupp). e) Immunofluorescensbilder av murina lungepitel -MLE12 och endotelbEnd3 (celler i vitt) i alginat -fluorescein (grönt) och ECM -lösning -rodamin (röd) modifierade rECM -hydrogeler på dag 0 (dag för sådd) och dag 7. Skala:100 µm f) Procentuell ökning av metabolisk aktivitet av epitelceller (MLE12) och endotelceller (bEnd.3) i rECM -hydrogel jämfört med alginathydrogeler på dag 7 (n =3 per grupp). g) Procentuell ökning av EdU+ prolifererande murina epitelceller (MLE12) i rECM -hydrogeler jämfört med alginathydrogeler på dag 5 (n =3 per grupp). h) Oscillerande reometri (n =3 per grupp). i) Konfokala bilder av cellsedimentering och j) beräknad sedimentationskoefficient (δ) för A549 -celler i DMEM – F12 -cellodlingsmedier, alginat, mus -härledd dECM- och rECM -lösning i 6 timmar (n =3 per grupp). Skalstapel:500 µm. k) Termografi av FRISK utskrift (se Video S2 i stödinformation). l) 3D biotryckt rECM ihåligt rör och förgreningsstruktur (se videor S3 och S4 i stödinformation). Skalstänger:2 mm. m) Metabolisk aktivitet (WST -1 -analys) på dag 7 av seedade (in vitro) och 3D -tryckta A549 -celler i hydrogeler (n =3 per grupp). n) Genomsnittliga skjuvspänningsprofiler för biolänkar. Kreditera: Avancerade material (2020). DOI:10.1002/adma.202005476
Forskare vid Lunds universitet har utformat en ny bioink som gör att små luftvägar i mänsklig storlek kan bio-tryckas med hjälp av patientceller för första gången. De 3D-tryckta konstruktionerna är biokompatibla och stöder tillväxt av nya blodkärl i det transplanterade materialet. Detta är ett viktigt första steg mot 3D-utskriftsorgan. Den nya studien har publicerats i Avancerade material .
Kroniska lungsjukdomar är den tredje största dödsorsaken i världen med en EU -kostnad på mer än 380 miljarder euro årligen. För många kroniska sjukdomar finns det inget botemedel och det enda alternativet i slutskedet för patienter är lungtransplantation. Dock, det finns inte tillräckligt med givarlungor för att möta den kliniska efterfrågan.
Därför, forskare tittar på sätt att öka mängden lungor som är tillgängliga för transplantation. Ett tillvägagångssätt är att tillverka lungor i laboratoriet genom att kombinera celler med en bioengineered ställning.
"Vi började smått med att tillverka små rör, eftersom detta är en funktion som finns i både luftvägarna och i lungens kärl. Genom att använda vår nya bioink med stamceller isolerade från patientens luftvägar, vi kunde biotrycka små luftvägar som hade flera celllager och förblev öppna över tiden, "förklarar Darcy Wagner, docent och seniorförfattare till studien.
Forskarna utformade först en ny bioink (ett utskrivbart material med celler) för 3D-biotryckning av mänsklig vävnad. Bioink framställdes genom att kombinera två material:ett material som härrör från tång, alginat, och extracellulär matris härrörande från lungvävnad.
Denna nya bioink stöder det bioprintade materialet under flera stadier av dess utveckling mot vävnad. De använde sedan bioink för att 3D-biotrycka små mänskliga luftvägar som innehåller två typer av celler som finns i mänskliga luftvägar. Dock, denna bioink kan anpassas för alla typer av vävnader eller organ.
"Dessa nästa generations biolänkar stöder också mognad av luftvägsstamcellerna till flera celltyper som finns i vuxna mänskliga luftvägar, vilket innebär att färre celltyper behöver skrivas ut, förenkla de munstycksnummer som behövs för att skriva ut vävnad gjord av flera celltyper, säger Darcy Wagner.
Wagner noterar att upplösningen måste förbättras till 3D-bioprint mer distal lungvävnad och luftsäckarna, känd som alveoler, som är avgörande för gasutbyte.
"Vi hoppas att ytterligare tekniska förbättringar av tillgängliga 3D -skrivare och ytterligare bioink -framsteg kommer att möjliggöra biotryck med en högre upplösning för att konstruera större vävnader som kan användas för transplantation i framtiden. Vi har fortfarande en lång väg kvar, " hon säger.
Teamet använde en musmodell som liknar det immunsuppression som används hos patienter som genomgår organtransplantation. Vid transplantation, de fann att 3D-tryckta konstruktioner gjorda av den nya bioink tolererades väl och stödde nya blodkärl.
"Utvecklingen av denna nya bioink är ett viktigt steg framåt, men det är viktigt att ytterligare validera de små luftvägarnas funktionalitet över tid och undersöka genomförbarheten av detta tillvägagångssätt i stora djurmodeller, "avslutar Martina De Santis, studiens första författare.
