IMAGE: Corpuri embrioide artificiale cu caracteristici diferite care au fost realizate cu ajutorul imprimării 3D. vezi mai mult
Credit: SUTD
Toți oamenii pornesc de la o singură celulă care se împarte apoi pentru a forma în cele din urmă embrionul. În funcție de semnalele trimise de celulele lor adiacente, aceste celule divizate sunt apoi dezvoltate sau diferențiate în țesuturi sau organe specifice.
În medicina regenerativă, controlul acestei diferențieri în laborator este crucial, deoarece celulele stem ar putea fi diferențiate pentru a permite creșterea de organe in vitro și pentru a înlocui celulele adulte deteriorate, în special cele cu abilități foarte limitate de replicare, cum ar fi creierul sau inima.
O abordare comună pe care oamenii de știință o adoptă atunci când diferențiază celulele stem este utilizarea stimulatorilor chimici. Deși această metodă este foarte eficientă pentru a produce un singur tip de celule, îi lipsește capacitatea de a reproduce complexitatea organismelor vii, unde mai multe tipuri de celule coexistă și colaborează pentru a forma un organ.
Alternativ, inspirată de procesul natural de dezvoltare celulară, o altă metodă implică împachetarea celulelor stem în agregate celulare mici, sau sfere numite corpuri embrioide. La fel ca în cazul embrionilor reali, interacțiunea celulă-celulă din corpurile embrioide este principalul motor al diferențierii. În urma producerii acestor corpuri embrioide, s-a constatat că parametri precum numărul de celule, dimensiunea și sfericitatea corpului embrioid au influențat tipurile de celule produse.
Cu toate acestea, deoarece oamenii de știință nu au putut controla acești parametri, au fost nevoiți să producă laborios un număr mare de corpuri embrioide și să le selecteze pe cele specifice cu caracteristici adecvate pentru a fi studiate.
Pentru a aborda această provocare, cercetătorii de la Universitatea de Tehnologie și Design din Singapore (SUTD) au apelat la fabricarea aditivă pentru a controla diferențierea celulelor stem în corpurile embrioide. Studiul lor de cercetare a fost publicat în Bioprinting.
Adoptând o abordare multidisciplinară prin combinarea domeniilor de cercetare ale fabricării 3D și ale științelor vieții, doctorandul Rupambika Das și profesorul asistent Javier G. Fernandez au imprimat 3D mai multe dispozitive fizice la scară microscopică cu geometrii fin reglate. Aceștia au folosit dispozitivele pentru a demonstra o precizie fără precedent în diferențierea dirijată a celulelor stem prin formarea de corpuri embrioide (a se vedea imaginea). În studiul lor, au reușit să regleze cu succes parametrii pentru a spori producția de cardiomiocite, celule care se găsesc în inimă.
„Domeniul fabricării aditive evoluează într-un ritm de neegalat. Asistăm la niveluri de precizie, viteză și costuri care erau de neconceput cu doar câțiva ani în urmă. Ceea ce am demonstrat este că imprimarea 3D a ajuns acum la un punct de precizie geometrică în care este capabilă să controleze rezultatul diferențierii celulelor stem. Și, astfel, impulsionăm medicina regenerativă să avanseze în continuare, în paralel cu ritmul accelerat al industriei de fabricație aditivă”, a declarat cercetătorul principal, profesorul asistent Javier G. Fernandez de la SUTD.
„Utilizarea imprimării 3D în biologie a fost puternic concentrată pe imprimarea țesuturilor artificiale folosind celule încărcate cu celule, pentru a construi organe artificiale „bucată cu bucată”. Acum, am demonstrat că imprimarea 3D are potențialul de a fi utilizată într-o abordare bio-inspirată, în care putem controla celulele pentru a crește în laborator la fel cum cresc in vivo”, a adăugat primul autor, Rupambika Das, doctorandă la SUTD.
.