Forschende der University of Galway haben eine neue Bioprinting-Technologie entwickelt, die es ermöglicht, Gewebe herzustellen, die sich durch zellgenerierte Kräfte formen. Dieser Ansatz orientiert sich an den natürlichen Prozessen der Organentwicklung und könnte die Herstellung funktioneller, biogedruckter Organe vorantreiben. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Advanced Functional Materials veröffentlicht.
Das Team, das von der School of Engineering und dem CÚRAM Research Centre for Medical Devices geleitet wird, konzentrierte sich auf die Nachbildung von Herzgewebe. Ziel ist es, biogedruckte Organe für die Krankheitsmodellierung, Wirkstofftests und regenerative Medizin weiterzuentwickeln. Die Technologie basiert auf einer speziellen „Bio-Tinte“, die lebende Zellen enthält und deren Entwicklung durch Adhäsion, Wachstum und Differenzierung unterstützt.
Ankita Pramanick, Hauptautorin der Studie und CÚRAM-Promotionskandidatin an der Universität Galway, sagte: „Unsere Arbeit stellt eine neuartige Plattform vor, die eingebettetes Bioprinting nutzt, um Gewebe zu bioprinting, das eine programmierbare und vorhersagbare 4D-Formveränderung durch zellerzeugte Kräfte erfährt. Mit diesem neuen Verfahren konnten wir feststellen, dass die Formveränderung die strukturelle und funktionelle Reife des bioprinted Herzgewebes verbessert.“
Ein zentrales Problem beim Bioprinting ist die begrenzte Funktionalität der erzeugten Gewebe. Beispielsweise kontrahieren biogedruckte Herzgewebe, jedoch mit einer deutlich geringeren Kraft als ein gesundes menschliches Herz. Zudem konzentrieren sich traditionelle Ansätze oft auf die direkte Nachbildung der finalen Anatomie eines Organs, wie etwa des Herzens, ohne die dynamischen Formveränderungen zu berücksichtigen, die während der embryonalen Entwicklung eine zentrale Rolle spielen.
Das Team in Galway entwickelte eine Technik, bei der Gewebe so gedruckt werden, dass sie programmierbare Formänderungen durchlaufen. Diese Veränderungen fördern die Ausrichtung der Zellen und verbessern die Kontraktionsfähigkeit der Gewebe. Eine computergestützte Modellierung ermöglichte es, die Verformungen präzise vorherzusagen und zu steuern.
Professor Andrew Daly, außerordentlicher Professor für Biomedizinische Technik und CÚRAM-geförderter Forscher und Hauptverantwortlicher des Projekts, sagte: „Unsere Forschung zeigt, dass biologisch gedrucktes Herzgewebe, wenn man es einer Formveränderung unterzieht, stärker und schneller zu schlagen beginnt. Die begrenzte Reife von biologisch gedruckten Geweben war eine große Herausforderung auf diesem Gebiet, daher war dies ein aufregendes Ergebnis für uns. Dies ermöglicht es uns, fortschrittlicheres bioprinted Herzgewebe zu schaffen, das in einer Laborumgebung reifen kann und die Struktur des erwachsenen menschlichen Herzens besser nachbildet. Wir freuen uns darauf, diesen formverändernden Ansatz in unserem laufenden Projekt des Europäischen Forschungsrats weiter auszubauen, das sich mit entwicklungsorientiertem Bioprinting befasst.
Wir sind noch weit davon entfernt, funktionsfähiges Gewebe zu drucken, das in Menschen implantiert werden könnte, und wir müssen in Zukunft untersuchen, wie wir unseren Bioprinting-Ansatz auf Herzen im menschlichen Maßstab übertragen können.
Wir müssen Blutgefäße integrieren, um solch große Konstrukte im Labor am Leben zu erhalten, aber letztendlich bringt uns dieser Durchbruch der Herstellung funktioneller bioprinted Organe näher, die breite Anwendung in der kardiovaskulären Medizin finden würden.“
Trotz der Erfolge bleibt die Skalierung auf menschliche Organe eine Herausforderung. Die Integration von Blutgefäßen, um große Gewebestrukturen am Leben zu erhalten, steht dabei im Fokus zukünftiger Arbeiten. Die Forschung zeigt jedoch, dass die Kombination von Bioprinting und entwicklungsinspirierten Ansätzen vielversprechend ist, um funktionale Organe für die kardiovaskuläre Medizin zu entwickeln.