OBRAZ: Umělá embryoidní tělíska s různými vlastnostmi, která byla vyrobena pomocí 3D tisku. zobrazit více
Kredit: SUTD
Všichni lidé začínají z jedné buňky, která se pak dělí a nakonec vytvoří embryo. V závislosti na signálech vysílaných sousedními buňkami se pak tyto rozdělené buňky vyvíjejí nebo diferencují ve specifické tkáně nebo orgány.
V regenerativní medicíně je kontrola této diferenciace v laboratoři klíčová, protože kmenové buňky by mohly být diferencovány tak, aby umožnily pěstování orgánů in vitro a nahradily poškozené dospělé buňky, zejména ty s velmi omezenou schopností replikace, jako je mozek nebo srdce.
Jedním z běžných přístupů vědců při diferenciaci kmenových buněk je použití chemických stimulátorů. Tato metoda je sice velmi účinná pro tvorbu jednoho typu buněk, ale postrádá schopnost reprodukovat složitost živých organismů, kde několik typů buněk koexistuje a spolupracuje při tvorbě orgánu.
Jinou metodou, inspirovanou přirozeným procesem vývoje buněk, je balení kmenových buněk do malých buněčných agregátů nebo koulí zvaných embryoidní tělíska. Podobně jako u skutečných embryí je interakce buněk v embryoidních tělíscích hlavní hnací silou diferenciace. Z výroby těchto embryoidních tělísek bylo zjištěno, že parametry, jako je počet buněk, velikost a sféricita embryoidního tělíska, ovlivňují typy produkovaných buněk.
Jelikož však vědci nebyli schopni tyto parametry kontrolovat, museli pracně vyrábět velké množství embryoidních tělísek a vybírat specifická s vhodnými vlastnostmi ke studiu.
Pro řešení tohoto problému se vědci ze Singapurské univerzity technologie a designu (SUTD) obrátili na aditivní výrobu, aby mohli kontrolovat diferenciaci kmenových buněk v embryoidních tělíscích. Jejich výzkumná studie byla publikována v časopise Bioprinting.
Doktorandka Rupambika Das a odborný asistent Javier G. Fernandez použili multidisciplinární přístup kombinací výzkumných oblastí 3D výroby a věd o živé přírodě a vytiskli 3D tiskem několik fyzikálních zařízení v mikroměřítku s přesně vyladěnou geometrií. Tato zařízení použili k demonstraci bezprecedentní přesnosti při řízené diferenciaci kmenových buněk prostřednictvím tvorby embryoidních tělísek (viz obrázek). Ve své studii úspěšně regulovali parametry pro zvýšení produkce kardiomyocytů, buněk, které se nacházejí v srdci.
„Oblast aditivní výroby se vyvíjí bezkonkurenčním tempem. Jsme svědky takových úrovní přesnosti, rychlosti a nákladů, které byly ještě před několika lety nemyslitelné. Prokázali jsme, že 3D tisk nyní dosáhl takové geometrické přesnosti, že je schopen řídit výsledek diferenciace kmenových buněk. A tím poháníme regenerativní medicínu k dalšímu pokroku spolu se zrychleným tempem aditivní výroby,“ uvedl hlavní řešitel docent Javier G. Fernandez ze SUTD.
„Využití 3D tisku v biologii bylo silně zaměřeno na tisk umělých tkání pomocí buněk s náplní buněk, na stavbu umělých orgánů „kus za kus“. Nyní jsme ukázali, že 3D tisk má potenciál pro jeho využití v biologicky inspirovaném přístupu, ve kterém můžeme řídit růst buněk v laboratoři stejně, jako rostou in vivo,“ dodala první autorka Rupambika Das, doktorandka ze SUTD.