Enligt en studie publicerad i numret av Science den 2 augusti har forskare gjort ett viktigt steg mot att kunna utföra tredimensionell bioprinting av funktionella organ efter att forskare har utarbetat ett sätt att rekonstruera mänskliga hjärtkomponenter.
Forskare vid Carnegie Mellon University har utvecklat en avancerad version av Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels (FRESH), ett oöverträffat 3D-tryckt kollagen som bygger delar av det mänskliga hjärtat, från små blodkärl till ventiler till ventriklarna. Slå. Nyligen erhöll det amerikanska patentet 10 150 258, FRESH-teknologin har licensierats av FluidForm, och FluidForm har åtagit sig att kraftigt utöka 3D-utskriftsmöjligheterna.
"Vi har nu förmågan att bygga konstruktioner som reproducerar viktiga strukturella, mekaniska och biologiska egenskaper hos inhemska organisationer", säger professor Adam Feinberg, CTO och medgrundare av FluidForm, Carnegie Mellon, Resident Biomaterials and Treatment Group. Platsen där studien avslutades. "Det finns fortfarande många utmaningar som måste övervinnas för att få oss in i biokonstruerade 3D-organ, men den här forskningen representerar ett viktigt steg framåt."
Även om 3D-bioprinting har uppnått viktiga milstolpar, har direkt utskrift av levande celler och mjuka biomaterial visat sig vara svårt. Ett viktigt hinder är stödet av mjuka och dynamiska biomaterial under utskriftsprocessen för att uppnå den upplösning och trohet som krävs för att rekonstruera komplexa 3D-strukturer och funktioner.
FRESH använder en inbäddad utskriftsmetod för att lösa denna utmaning genom att använda en tillfällig stödgel, som gör det möjligt att skriva ut komplexa byggnadsställningar med inhemska omodifierade former av kollagen 3D. Tidigare var forskarna begränsade eftersom mjuka material var svåra att skriva ut med hög trohet av flera lager på grund av hängning.
Under ledning av medgrundaren och medgrundarna av FluidForm Andrew Lee och Andrew Hudson övervinner nio medlemmar i Carnegie Mellon-teamet dessa hinder genom att utveckla ett sätt att driva självmontering av kollagen med hjälp av snabba pH-förändringar.
Det FRESH 3D bioprintade hjärtat är baserat på mänsklig MRI och återger patientspecifik anatomi exakt. De mindre ventriklarna i de tryckta humana kardiomyocyterna visade synkron kontraktion, riktad aktionspotentialutbredning och väggförtjockning med 14 procent under toppkontraktionen. Men utmaningar kvarstår, inklusive de miljarder celler som behövs för att producera 3D-utskrivna större vävnader, tillverkningsskalan och den odefinierade kliniska översättningsövervakningsprocessen.
Även om det mänskliga hjärtat används som proof of concept, är FRESH printing av kollagen och andra mjuka biomaterial en plattform som sannolikt kommer att bygga avancerade ställningar för olika vävnads- och organsystem.
"FluidForm är mycket stolta över forskningen vid Feinberg Labs", säger FluidForms vd Mike Graffeo. "Den FRESH-teknologi som utvecklats av Carnegie Mellon University gör det möjligt för bioskrivare att uppnå oöverträffad struktur, upplösning och trohet, vilket möjliggör ett stort steg inom detta område. Vi är mycket glada över att kunna erbjuda detta till forskare runt om i världen. Teknik."
FluidForm kommersialiserar FRESH-teknologi genom sin första produkt LifeSupport(TM) bioprinting support gel, vilket gör det möjligt för forskare runt om i världen att erhålla effektiv 3D bioprinting av kollagen, celler och olika biomaterial.
