BILLEDE: Kunstige embryokroppe med forskellige egenskaber, som blev fremstillet ved hjælp af 3D-printning. view more
Kredit: SUTD
Alle mennesker starter ud fra en enkelt celle, som derefter deler sig for til sidst at danne et embryon. Afhængigt af de signaler, der sendes af de tilstødende celler, udvikles eller differentieres disse delte celler derefter til specifikke væv eller organer.
I regenerativ medicin er det afgørende at kontrollere denne differentiering i laboratoriet, da stamceller kan differentieres for at gøre det muligt at dyrke organer in vitro og erstatte beskadigede voksne celler, især dem med meget begrænsede evner til at replikere, såsom hjernen eller hjertet.
En almindelig fremgangsmåde, som forskere anvender, når de differentierer stamceller, er ved at bruge kemiske stimulatorer. Selv om denne metode er meget effektiv til at fremstille en enkelt celletype, mangler den evnen til at reproducere kompleksiteten i levende organismer, hvor flere celletyper eksisterer side om side og samarbejder for at danne et organ.
Alternativt indebærer en anden metode, der er inspireret af den naturlige celleudviklingsproces, pakning af stamceller i små celleaggregater eller kugler, der kaldes embryoid bodies. I lighed med rigtige embryoner er interaktionen mellem celler og celler i embryoid bodies den vigtigste drivkraft for differentiering. Ved fremstilling af disse embryokroppe fandt man ud af, at parametre som f.eks. celletal, størrelse og sfæriskhed af embryokroppen påvirkede de celletyper, der blev produceret.
Da forskerne imidlertid ikke har været i stand til at kontrollere disse parametre, har de været nødt til møjsommeligt at producere et stort antal embryoidlegemer og udvælge specifikke med egnede egenskaber til at blive undersøgt.
For at løse denne udfordring har forskere fra Singapore University of Technology and Design (SUTD) vendt sig mod additiv fremstilling for at kontrollere stamcelledifferentieringen i embryoid bodies. Deres forskningsundersøgelse blev offentliggjort i Bioprinting.
Den ph.d.-studerende Rupambika Das og assisterende professor Javier G. Fernandez 3D-printede flere fysiske enheder i mikroskala med finjusterede geometrier ved at anvende en tværfaglig tilgang ved at kombinere forskningsområderne 3D-fremstilling og biovidenskab. De brugte enhederne til at demonstrere en hidtil uset præcision i den målrettede differentiering af stamceller gennem dannelse af embryoid bodies (se billede). I deres undersøgelse lykkedes det dem at regulere parametrene for at øge produktionen af kardiomyocytter, som er celler, der findes i hjertet.
“Området for additiv fremstilling udvikler sig i et uovertruffent tempo. Vi ser niveauer af præcision, hastighed og omkostninger, som var utænkelige for blot få år siden. Det, vi har demonstreret, er, at 3D-printning nu har nået et punkt med geometrisk nøjagtighed, hvor den er i stand til at kontrollere resultatet af stamcelledifferentiering. Og dermed sætter vi regenerativ medicin i stand til at gøre yderligere fremskridt i takt med den accelererende hastighed i den additive fremstillingsindustri”, siger hovedundersøgeren, assisterende professor Javier G. Fernandez fra SUTD.
“Brugen af 3D-printning inden for biologi har været stærkt fokuseret på printning af kunstige væv ved hjælp af celleladede celler for at opbygge kunstige organer “stykke for stykke”. Nu har vi vist, at 3D-printning har potentiale til at blive brugt i en bio-inspireret tilgang, hvor vi kan styre cellerne til at vokse i et laboratorium, ligesom de vokser in vivo,” tilføjede førsteforfatter Rupambika Das, ph.d.-studerende fra SUTD.