japanische Forscher verwenden gerüstfreie biogedruckte 3D-Gewebe für Speiseröhre

Forscher der Nagasaki-Universität und der Saga-Universität haben zusammengearbeitet, um gerüstfreie Ösophagusstrukturen mit 3D-Bioprinting zu schaffen.

Die Ergebnisse der Forschung wurden in dem Paper mit dem Titel “Regeneration of esophagus using a scaffold-free biomimetic structure created with bio-three-dimensional printing” veröffentlicht.

Gerüste im Tissue Engineering beziehen sich auf extrazelluläre Strukturen aus Biomaterialien, die zum Impfen von Zellen verwendet werden. Eine auf Gerüsten basierende Transplantation umfasst normalerweise drei Schritte: das Auffinden einer Stammzellenquelle von Patienten, das Aussäen der Zellen auf das Gerüst, das die Zellproliferation fördert, und schließlich das chirurgische Implantieren des Gerüstgewebes in den Patienten.

Im Tissue-Engineering und in der regenerativen Medizin waren auf Gerüsten basierende Lösungen die Norm. Der Vorteil einer solchen Transplantationsmethode gegen Allotransplantation besteht darin, dass sie nicht auf nicht identische Spender angewiesen ist, die möglicherweise nicht immer verfügbar sind. Darüber hinaus kann der Körper bei der Allotransplantation, wenn ein Organ von einem externen Spender verwendet wird, die Transplantation ablehnen. Im Gegensatz dazu werden bei gerüstbasierten Transplantationen die Zellen aus dem Körper des Patienten entnommen.

Trotz der Vorteile der Gerüstgeweberegeneration können Probleme wie Immunogenität, Gerüstabbau und Immunreaktion auftreten.

Gerüstbasierte Behandlungen werden darüber hinaus durch Materialien eingeschränkt, die zur Erstellung von Gerüsten verwendet werden können. Gerüstmaterialien müssen nicht toxisch sein, die mechanischen Eigenschaften, die für das Gewebewachstum erforderlich sind, langfristig aufrechterhalten können, und sie sollten keine Immunantwort auslösen.

Um diesen Problemen in der regenerativen Medizin entgegenzuwirken, druckten die japanischen Forscher 3D-Strukturen ohne Gerüste, um Gewebe für die Transplantation zu erzeugen. Diese Arbeit basiert auf dem Fundament einer früheren Studie “In Vitro Biofabrication of tissues and organs”, die an der Universität Saga durchgeführt wurde.

Die Forscher verwendeten eine Technik, die als Sphäroidzellaggregate oder multizelluläres Sphäroid (MCS) bezeichnet wurde, um Gewebestrukturen der Speiseröhre zu erzeugen.

Bei der MCS-Methode werden bestimmte Zellen in einer nichtadhäsiven Umgebung gepflegt, damit sich einzelne Zellen aneinander anschließen können. Diese Zellen kommen durch einen Überlebensmechanismus zusammen. Sobald die MCS gebildet sind, werden sie als Bioink verwendet.

Die MCS wurden aus einer Mischung von menschlichen Speiseröhrenmuskelzellen, Knochenmarkstammzellen und Nabelschnurvenzellen hergestellt.

Um MCS zu erzeugen, verwendeten die Forscher einen 9 × 9-Nadel-Regenova-Bio-3D-Drucker der Firma Cyfuse Biomedical aus Tokio. Das Regenova ist ein “Nadel-Array” -System, dessen Edelstahlnadeln als Spieß für die einzelnen Zellkügelchen dienen, bis die Zellen miteinander verschmolzen sind.

Die gerüstfreien Strukturen wurden dann zwischen dem Ösophagus und dem Magen der Ratten mit Siliziumstents transplantiert. Nach der Operation überlebten alle in der Studie verwendeten Ratten, und keine von ihnen zeigte Komplikationen.

Die Autoren stellen in der Zeitung fest: „Die vorliegende Studie zeigt die Durchführbarkeit der Verwendung dieser Strukturen für die Speiseröhrentransplantationstherapie. Wir haben erfolgreich die röhrenförmige Struktur der Speiseröhre in Ratten implantiert und fanden heraus, dass sie gut transplantiert wurde, da ihre innere Lumenoberfläche vollständig von Epithelzellen bedeckt ist.“