KÉP: Különböző tulajdonságokkal rendelkező mesterséges embriótestek, amelyeket 3D nyomtatással készítettek. megtekintés
Credit: SUTD
Minden ember egyetlen sejtből indul ki, amely aztán osztódik, hogy végül kialakuljon az embrió. A szomszédos sejtek által küldött jelektől függően ezek az osztódó sejtek aztán meghatározott szövetekké vagy szervkké fejlődnek vagy differenciálódnak.
A regeneratív orvoslásban ennek a differenciálódásnak a laboratóriumban történő ellenőrzése kulcsfontosságú, mivel az őssejtek differenciálása lehetővé tenné a szervek in vitro növesztését és a sérült felnőtt sejtek helyettesítését, különösen azokét, amelyek nagyon korlátozottan képesek szaporodni, mint például az agy vagy a szív.
Az őssejtek differenciálásakor a tudósok gyakran alkalmaznak kémiai stimulátorokat. Bár ez a módszer nagyon hatékony egyetlen sejttípus előállítására, nem képes reprodukálni az élő szervezetek komplexitását, ahol több sejttípus létezik egymás mellett és együttműködik egy szerv kialakításában.
Egy másik módszer, amelyet a sejtek természetes fejlődési folyamata inspirált, az őssejtek kis sejtaggregátumokba vagy gömbökbe, úgynevezett embrioid testekbe való tömörítését jelenti. A valódi embriókhoz hasonlóan az embrioid testekben a sejt-sejt kölcsönhatás a differenciálódás fő mozgatórugója. Ezen embriótestek előállításából kiderült, hogy az olyan paraméterek, mint a sejtszám, az embriótest mérete és gömbölyűsége befolyásolják a keletkező sejttípusokat.
Mivel azonban a tudósok nem tudták ellenőrizni ezeket a paramétereket, ezért nagyszámú embriótestet kellett fáradságos munkával előállítaniuk, és kiválasztaniuk a tanulmányozásra alkalmas jellemzőkkel rendelkező konkrét egyedeket.
Ezzel a kihívással szemben a Szingapúri Műszaki és Tervezési Egyetem (SUTD) kutatói az additív gyártás felé fordultak, hogy az őssejtek differenciálódását az embriótestekben szabályozzák. Kutatási tanulmányuk a Bioprinting című szaklapban jelent meg.
A 3D-s gyártás és az élettudományok kutatási területeinek kombinálásával multidiszciplináris megközelítést alkalmazva Rupambika Das PhD-hallgató és Javier G. Fernandez adjunktus több mikroméretű fizikai eszközt nyomtatott ki 3D-ben, finoman hangolt geometriával. Az eszközöket arra használták, hogy embriótestek kialakításával példátlan pontossággal demonstrálják az őssejtek irányított differenciálódását (lásd a képet). Tanulmányukban sikeresen szabályozták a szívizomsejtek – a szívben található sejtek – termelését fokozó paramétereket.
“Az additív gyártás területe páratlan ütemben fejlődik. Olyan pontossági, sebességi és költségszinteket látunk, amelyek néhány évvel ezelőtt még elképzelhetetlenek voltak. Azt mutattuk be, hogy a 3D nyomtatás mára elérte azt a geometriai pontossági pontot, ahol már képes az őssejt-differenciálódás eredményének szabályozására. Ezzel a regeneratív orvoslás további fejlődését segítjük elő az additív gyártás felgyorsult ütemével párhuzamosan” – mondta a vezető kutató, Javier G. Fernandez, a SUTD docense.
“A 3D nyomtatás alkalmazása a biológiában eddig erősen koncentrált a mesterséges szövetek nyomtatására sejtekkel terhelt sejtek felhasználásával, mesterséges szervek “darabról darabra” történő felépítésére. Most bebizonyítottuk, hogy a 3D nyomtatásban megvan a lehetőség, hogy egy olyan bioinspirált megközelítésben használjuk, amelyben a sejteket úgy tudjuk irányítani, hogy a laboratóriumban ugyanúgy növekedjenek, mint ahogyan azok in vivo növekednek” – tette hozzá az első szerző, Rupambika Das, a SUTD doktorandusza.