«Эта последняя работа расширяет возможности нашей платформы для биопечати из нескольких материалов на толстые ткани человека, приближая нас на один шаг к созданию архитектур для восстановления и регенерации тканей», — говорит член факультета Wyss Core Дженнифер А. Льюис, доктор наук, старший Автор исследования, который также является профессором Хансорга Висса по биологической инженерии в SEAS.На сегодняшний день масштабирование человеческих тканей, построенных из различных типов клеток, ограничено из-за отсутствия надежных методов встраивания поддерживающих жизнь сосудистых сетей.
Основываясь на своей более ранней работе, Льюис и ее команда теперь увеличили порог толщины ткани почти в десять раз, заложив основу для будущих достижений в области тканевой инженерии и восстановления. Этот метод сочетает в себе сосудистый водопровод с живыми клетками и внеклеточным матриксом, позволяя структурам функционировать как живые ткани. В своем исследовании Льюис и ее команда показали, что их трехмерные ткани с биопечатью могут выдерживать и функционировать как архитектура живых тканей в течение более шести недель.В своем исследовании команда Льюиса продемонстрировала трехмерную печать ткани толщиной в один сантиметр, содержащей стволовые клетки костного мозга человека, окруженные соединительной тканью.
Прокачивая факторы роста костей через поддерживающую сосудистую сеть, выстланную теми же эндотелиальными клетками, что и в наших кровеносных сосудах, команда стимулировала развитие клеток в направлении костных клеток в течение одного месяца.«Это исследование поможет установить фундаментальные научные знания, необходимые для биопечати васкуляризированных живых тканей», — сказал Чжицзян Пей, директор программы Национального научного фонда Управления инженерных разработок гражданских, механических и производственных инноваций, финансировавшего проект. «Подобные исследования позволяют более широко использовать трехмерные человеческие ткани для проверки безопасности и токсичности лекарств и, в конечном итоге, для восстановления и регенерации тканей».
В новом методе трехмерной биопечати Льюиса используется настраиваемая печатная силиконовая форма для размещения и вертикальной привязки напечатанной структуры ткани. Внутри этой формы сначала печатается сетка сосудистых каналов, а затем наносятся чернила, содержащие живые стволовые клетки.
Чернила являются самонесущими и достаточно прочными, чтобы сохранять форму, поскольку размер структуры увеличивается с каждым слоем напыления. На пересечениях, встречающихся в основной сосудистой сетке, печатаются вертикальные сосудистые столбы, которые соединяют всепроникающую сеть микрососудов во всех измерениях насыщенной стволовыми клетками ткани.
После печати жидкость, состоящая из фибробластов и внеклеточного матрикса, заполняет открытые области вокруг ткани, напечатанной на 3D-принтере, перекрестно связывая всю структуру.Получающаяся в результате структура мягкой ткани изобилует кровеносными сосудами, и через одно входное и выходное отверстие на противоположных концах чипа можно немедленно перфузировать питательными веществами для обеспечения выживания клеток. Проникающая сосудистая сеть способствует дифференцировке стволовых клеток, обеспечивая доставку факторов роста клеток во все области ткани.
Для достижения разнообразных форм, толщин и составов тканей форма печатного силиконового чипа может быть настроена, а чернила для ячеек могут быть настроены таким образом, чтобы включать в себя самые разные типы ячеек.«Предварительно изготовленная сосудистая сеть внутри ткани позволяет повысить функциональность клеток в глубоком ядре ткани и дает нам возможность модулировать эти функции клеток с помощью перфузионных веществ, таких как факторы роста», — сказал Дэвид Колески, выпускник научный сотрудник Института Висса и SEAS и один из первых авторов исследования.«Дженнифер и ее команда меняют парадигму в области тканевой инженерии, основываясь на своем уникальном подходе к биопечати», — сказал директор-основатель Wyss Institute Дональд Ингбер, доктор медицины, доктор философии, который также является профессором сосудистой биологии Джуды Фолкман в Гарварде.
Медицинская школа и программа сосудистой биологии в Бостонской детской больнице, а также профессор биоинженерии в SEAS. «Их способность создавать живые трехмерные васкуляризованные ткани снизу вверх обеспечивает потенциальный способ формирования макромасштабных функциональных замен тканей, которые могут быть хирургически связаны с собственными кровеносными сосудами тела, чтобы обеспечить немедленную перфузию этих искусственных тканей и, таким образом, значительно увеличить их вероятность выживания. Это позволило бы преодолеть многие проблемы, которые мешали тканевой инженерии добиться клинического успеха в прошлом ».
