O echipă de cercetători de la Carnegie Mellon University a făcut un progres major în domeniul bioimprimării 3D, reuşind să creeze primele modele biologice la scară mică (construcţii celulare de tip organ-pe-cip), bazate exclusiv pe colagen. Aceste structuri complexe, care imită funcţiile ţesutului pancreatic, ar putea schimba fundamental modul în care este tratat diabetul zaharat de tip 1.
Colagenul este recunoscut pentru rolul său în menţinerea sănătăţii pielii, dar importanţa sa se extinde mult dincolo de acest aspect. Fiind cea mai abundentă proteină din corpul uman, colagenul oferă structură şi sprijin esenţial aproape tuturor ţesuturilor şi organelor.
Cercetătorii de la Carnegie Mellon au realizat o descoperire majoră folosind o tehnică inovatoare de bioimprimare, 3D FRESH (Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels). Această metodă permite imprimarea precisă a celulelor şi ţesuturilor moi, vii.
Folosind această tehnologie, echipa a creat cu succes primul model biologic construit în întregime din colagen. Această realizare deschide noi posibilităţi pentru studiul bolilor şi dezvoltarea unor tratamente bazate pe regenerarea ţesuturilor, inclusiv potenţiale terapii pentru afecţiuni precum diabetul zaharat de tip 1.
Până de curând modelele la scară mică ale ţesuturilor umane - cunoscute sub denumirea de platforme microfluidice, dispozitive tip organ-pe-cip sau sisteme microfiziologice - au fost fabricate folosind materiale exclusiv sintetice, precum siliconul sau materialele din plastic, din cauza limitărilor tehnice ale metodelor de fabricaţie anterioare.
Totuşi, fiind non-biologice, ele nu pot reproduce pe deplin mediile naturale ale ţesuturilor, limitând eficienţa acestora în cercetarea biomedicală şi în dezvoltarea de terapii.
„Acum putem construi în vase Petri de laborator sisteme vii, fabricate în întregime din colagen, celule şi alte proteine, cu o rezoluţie structurală şi fidelitate fără precedent”, a declarat Adam Feinberg, profesor de inginerie biomedicală şi ştiinţa materialelor la Carnegie Mellon.
Cel mai important, spun cercetătorii, este că aceste modele sunt complet biologice, ceea ce înseamnă că celulele funcţionează mai bine.
Construcţia de ţesuturi complexe cu ajutorul biotehnolohiei
Într-o cercetare, publicată pe 23 aprilie, în revista Science Advances, echipa a demonstrat utilizarea acestei tehnologii FRESH pentru construirea unor ţesuturi vascularizate complexe, din materiale complet biologice.
Cercetătorii au creat un ţesut asemănător pancreasului, care ar putea fi utilizat în viitor pentru tratarea diabetului zaharat de tip 1.
Acest progres se sprijină pe cercetările anterioare ale echipei, prin rafinarea rezoluţiei şi a calităţii imprimării, pentru a genera microcanale care imită vasele de sânge - structuri microscopice care facilitează circulaţia fluidelor biologice, esenţiale pentru simularea reţelelor vasculare naturale - cu diametre de aproximativ 100 de microni.
Implementând un proces de fabricaţie într-un singur pas, cercetătorii au reuşit să producă structuri perfuzabile pe bază de colagen, care depăşesc rezoluţia şi fidelitatea oricărei alte metode de bioimprimare cunoscute până în prezent.
În plus, prin integrarea acestei metode cu bioimprimarea 3D cu materiale multiple, care include proteine din matricea extracelulară (ECM), factori de creştere şi bio-cerneală conţinând celule, echipa a reuşit să genereze o construţie de ţesut de dimensiuni mici, similară pancreasului, capabilă să secrete insulină ca răspuns la glucoză, cu performanţe superioare modelelor actuale bazate pe organoizi.
Folosind această metodă, echipa a demonstrat deja într-un model animal că poate vindeca diabetul zaharat de tip 1 in-vivo (în interiorul unui organism viu).
Ei speră să folosească această platformă pentru generarea unor modele de ţesuturi cu grad ridicat de vascularizare şi complexitate.
Această tehnologie este în prezent în curs de comercializare de către FluidForm Bio, o companie a Universităţii Carnegie Mellon, care intenţionează să înceapă în următorii ani studiile clinice pe pacienţi umani.
(Foto articol. Credit: Daniel Shiwarski, profesor asistent de bioinginerie la University of Pittsburgh şi fost cercetător postdoctoral în laboratorul prof. Feinberg)
