3D-gedruckten Organen einen Schritt näher – Forscher stellen Kapillaren her
Wissenschaftler der Rice University und des Baylor College of Medicine haben einen wesentlichen Schritt in Richtung implantierbarem Gewebe mit funktionellen Kapillaren gemacht und somit den Weg für 3D-gedruckte Organe weiter geebnet.
Einer der Schlüsselfaktoren für den 3D-Druck von funktionellen Organen ist die Versorgung des Gewebes mit Blut und Nährstoffen, was über Blutgefäße und kleinere Gefäße, so genannten Kapillaren, erfolgt. Ist diese Versorgung nicht gegeben, ist dreidimensionales Gewebe über einen längeren Zeitraum nicht lebensfähig.
In der Studie “Tubulogenesis of co-cultured human iPS-derived endothelial cells and human mesenchymal stem cells in fibrin and gelatin methacrylate gels”, die in Biomaterials Science veröffentlicht wurde, demonstrierte das Forscherteam eine Methode, mit der Blutkapillaren aus Endothelzellen und Stammzellen hergestellt werden können. Durch diesen Prozess, genannt Tubologenese, entsteht ein Kapillarnetzwerk aus feinsten Gefäßen, welches das umliegende Gewebe mit Nährstoffen versorgen sowie Abfallstoffe abtransportieren kann.
“Wir haben gezeigt, dass diese Zellen die Kapazität haben kapillarähnliche Strukturen zu bilden, sowohl in dem natürlichen Material Fibrin als auch in einem halbsynthetischen Material, genannt Gelatine Methacrylat (GeIMA)”, erklärt Erstautorin der Studie Gisele Calderon. “Die Entdeckung mit GeIMA ist besonders interessant, da es etwas ist, das wir problemlos zum 3D-Druck für zukünftige Tissue Engineering Anwendungen heranziehen können.”
Das langfristige Ziel ist 3D-Bioprinting mit lebenden Zellen, um komplett vaskularisiertes Gewebe für therapeutische Anwendungen herzustellen. Um dies zu erreichen müssen die mechanischen und physiologischen Aspekte der Bildung von neuen Blutgefäßen besser erforscht werden, als auch inwiefern Bioprinting diese Prozesse beeinflusst.
“Wir verwenden 3D-Bioprinting um Gewebe mit großen Gefäßen herzustellen, die wir zu Pumpen verbinden können und integrieren nun die Strategie mit diesen iPS-ECs (induzierte pluripotente Stammzellen und Endothelzellen) kleinste Kapillaren zu formen um das neue Gewebe besser mit Nährstoffen versorgen zu können,” erklärt Jordan Miller, Assistant Professor für Bioengineering.
Laut Miller könnten die Ergebnisse der Forschung bereits in Naher Zukunft zu Fortschritten im Bereich klinischer Anwendungen, wie der Erprobung von Medikamenten, führen. Hier soll 3D-gedrucktes Gewebe zu einer noch genaueren Darstellung führen, wie der Körper auf bestimmte Medikamente anspricht.