Med hjälp av laserteknik, Aleksandr Ovsianikov från Wiens tekniska universitet vill skapa mikrostrukturer med inbäddade levande celler.

Cellernas beteende beror starkt på deras miljö. Om de ska undersökas och manipuleras, det är viktigt att bädda in dem i lämpliga omgivningar. Aleksandr Ovsianikov utvecklar ett lasersystem, som gör att levande celler kan införlivas i invecklade Taylor-gjorda strukturer, liknande biologisk vävnad, i vilka celler omges av den extracellulära matrisen. Denna teknik är särskilt viktig för artificiellt växande biovävnad, för att hitta nya läkemedel eller för stamcellsforskning. Ovsianikov har nu tilldelats ERC -startbidraget från European Research Council (ERC) på cirka 1,5 miljoner euro.

Högteknologiska strukturer för biomedicinsk forskning

"Det är enkelt att odla celler på en plan yta, men sådana cellkulturer beter sig ofta annorlunda än cellerna i en riktig tredimensionell vävnad ", säger Aleksandr Ovsianikov. Medan den är i två dimensioner, konventionella petriskålar används, inget standardsystem har ännu varit tillgängligt för tredimensionella cellkulturer. En sådan 3D-matris måste vara porös, så att cellerna kan förses med alla nödvändiga näringsämnen. Vidare, det är viktigt att geometrin, kemiska och mekaniska parametrar för denna matris kan justeras exakt för att studera och inducera nödvändiga cellsvar. Också, det är viktigt att strukturen kan produceras snabbt och i stora mängder, eftersom biologiska experiment vanligtvis måste utföras i många cellkulturer samtidigt för att ge tillförlitliga data.

Dessa krav uppfylls mycket väl av forskargruppen "Additive Manufacturing Technologies" vid Wiens tekniska universitet. Det tvärvetenskapliga forskargruppen har utvecklat speciell teknik för att skapa tredimensionella strukturer med precision på en submikrometer skala. "Vi vill utveckla en universell metod, som kan fungera som en standard för tredimensionella cellkulturer och som kan anpassas för olika typer av vävnader och olika typer av celler ", säger Aleksandr Ovsianikov.

Laser förvandlar vätska till skräddarsydda ställningar

I början, cellerna suspenderas i en vätska, som huvudsakligen består av vatten. Cellvänliga molekyler tillsätts, som reagerar med ljus på ett mycket speciellt sätt:en fokuserad laserstråle bryter upp dubbelbindningar på exakt rätt platser. En kemisk kedjereaktion får sedan molekylerna att binda sig och skapa en polymer.

Denna reaktion utlöses bara när två laserfoton absorberas samtidigt. Endast inom laserstrålens brännpunkt är densiteten hos fotoner tillräckligt hög för det. Material utanför fokuspunkten påverkas inte av lasern. "Det är så vi kan definiera med oöverträffad noggrannhet, vid vilka punkter molekylerna ska bindas och skapa en fast byggnadsställning ", förklarar Ovsianikov.

Styr laserstrålens fokus genom vätskan, en solid struktur skapas, i vilka levande celler ingår. De överskottsmolekyler som inte är polymeriserade tvättas helt enkelt bort efteråt. Den här vägen, en hydrogelstruktur kan byggas, liknande den extracellulära matrisen som omger våra egna celler i levande vävnad. Idéer från naturen imiteras i labbet och används för tekniska tillämpningar. Detta tillvägagångssätt, kallas 'biomimetik' spelar en allt viktigare roll, särskilt inom materialvetenskap. Aleksandr Ovsianikov är övertygad om att i många fall denna teknik kommer att göra djurförsök onödigt och ge mycket snabbare och mer betydande resultat.

Förvandla stamceller till vävnad

Stamcellsforskning är ett särskilt intressant tillämpningsområde för den nya tekniken. "Det är känt att stamceller kan förvandlas till olika typer av vävnader, beroende på deras miljö ", säger Aleksandr Ovsianikov. "Ovanpå en hård yta, de tenderar att utvecklas till benceller, på ett mjukt substrat kan de förvandlas till neuroner. "I den lasergenererade 3D-strukturen kan substratets styvhet ställas in så att olika typer av vävnader kan skapas.