Ein menschlicher Gallengang aus dem 3D-Drucker

Ein Gallengang spielt eine entscheidende Rolle im Körper, indem er die Galle von der Leber zum Darm transportiert, um die Verdauung zu erleichtern. Krebs des Gallenganges hat eine alarmierend niedrige Überlebensrate, und die Behandlung erfordert, dass die Krankheit früh genug erkannt wird, damit der betroffene Teil des Gallenganges entfernt werden kann. Aber es gibt einige gute Nachrichten für die, die unter Bedingungen des Gallenganges leiden, da Forscher an der Northwestern University ein Mini-Gewebe gedruckt haben, das es nachahmt.

Die Forschung ist in der Studie “Tailoring nanostructure and bioactivity of 3D-printable hydrogels with self-assemble peptides amphiphile (PA) for promoting bile duct Formation” dokumentiert. Lead-Autor Ming Yan und Kollegen haben eine Nanostruktur, bestehend aus Peptiden amphiphil, oder PAs, Bioink und Gallengang Zellen, oder Cholangiozyten 3D gedruckt.

“Der 3D-Druck hat unsere Möglichkeiten erweitert, reproduzierbare und komplexere Gerüstarchitekturen für Tissue-Engineering-Anwendungen zu erstellen”, heißt es in der Zusammenfassung. “Um die biologische Reaktion innerhalb dieser 3D-gedruckten Gerüste zu verbessern, kann ein wirksames Mittel zur Optimierung der Geweberegeneration die Einbringung nanostrukturaler Merkmale und/oder spezifischen biologischen Signale sein. Peptide Amphiphiles (PAs) sind ein vielseitiges supramolekulares Biomaterial mit anpassbaren nanostrukturalen und biochemischen Eigenschaften. PAs werden häufig in Tissue-Engineering-Anwendungen wie Angiogenese, Neurogenese und Knochenregeneration eingesetzt. Der Zusatz von PAs ist also eine mögliche Lösung, die den Nutzen von 3D-Bioprint-Hydrogelen im Bereich der regenerativen Medizin erheblich erweitern kann.”

Ihre Vorgehensweise

Die PAs und Cholangiozyten wurden mit thiolierter Gelatine bei 37°C gemischt und mit einem EnvisionTEC 3D-Bioplotter, einem der meistverwendeten Bioprinter auf dem Markt, bei 4°C gedruckt. Das Material blieb unversehrt, da die Biotinten in Filamente gedruckt wurden, die in der Lage sind, mehrschichtige Gerüste zu tragen. Die Forscher stabilisierten das Gerüst durch Vernetzung eines Derivats von Ethylenglykol mit Calciumionen. Die Gerüststabilität wurde in der Kultur über einen Monat bei einer Temperatur von 37°C beobachtet.

Die Forscher untersuchten auch die Verwendung eines von Laminin abgeleiteten Peptids (Ile-Lys-Val-Ala-Val, IKVAV) und den Einfluss seiner Aufnahme in die Biotinte auf die Gallengangzellen. Laminin ist ein Molekül, das für die Zelladhäsion notwendig ist, und nach dem Bioprinting blieben die Gallengangzellen in vitro lebensfähig. Bei der Färbung zeigte sich die Bildung von funktionellen Rohrstrukturen auf der Basis von Gallenzellen; bei der Kultivierung in IKVAV Bioink zeigten die Strukturen eine verbesserte Morphologie und bildeten funktionelle Rohrstrukturen.

Dies ist das erste Mal, dass ein mit PAs ergänztes Bioink-basiertes System für das Gallengang-Tissue Engineering eingesetzt wurde. Die Forschung ist vielversprechend.
Die mit den Bioinks hergestellten bioprintierten Gallengänge sowie in vitro-Systeme haben das Potenzial, sowohl für die Erforschung von Gallengangskrebs als auch für die Prüfung von Therapien wertvoll zu sein.

Im Moment ist Gallengangskrebs eine schwerwiegende Diagnose, aber die verstärkte Forschung, die durch diese Arbeit ermöglicht werden könnte, bietet Hoffnung auf ein besseres Verständnis und effektivere Behandlungen.

Als nächsten Schritt wollen die Forscher nun die Peptidkonzentration optimieren und andere Signalmoleküle in den Bioinks testen, um die Bildung funktioneller Röhrenstrukturen zu verbessern, die die in der Leber nachahmen.