Technologia UCSF wykorzystuje technologię trójwymiarowego znakowania komórek do składania żywych tkanek w złożone kształty

Zespół badawczy odkrył, że komórki mezenchymalne rzeczywiście pomagają w fałdowaniu niektórych tkanek podczas procesu rozwoju poprzez ciągnięcie sieci z zewnątrzkomórkowej matrycy (ECM), które komórki wydzielają naturalnie, aby otoczyć się strukturalnym wsparciem.

"Rozwój staje się kanwą inżynierii, a poprzez przełamywanie złożoności rozwoju w prostsze zasady inżynieryjne, naukowcy zaczynają lepiej rozumieć i ostatecznie kontrolować podstawową biologię" - powiedział dr Zev Gartner, profesor nadzwyczajny chemia farmaceutyczna w Szkole Farmaceutycznej UCSF i współrezydent Centrum Budowy Komórkowych UCSF. "W tym przypadku wewnętrzna zdolność mechanicznie aktywnych komórek do promowania zmian w kształcie tkanki jest fantastycznym podwoziem do budowania złożonych i funkcjonalnych tkanek syntetycznych."

Prace, ostatnio opublikowane w artykule pt. "Engineered Tissue" Składanie w wyniku mechanicznego zagęszczania mezenchymu "w dzienniku komórek rozwojowych może przynieść w przyszłości zastosowania w postaci miękkich biologicznych robotów i narządów hodowanych w laboratorium.

Zgodnie z podsumowaniem artykułu:" Używamy tkanek embrionalnych eksplanty, modelowanie elementów skończonych oraz techniki trójwymiarowego modelowania komórek w celu wykazania, że ​​mechaniczne zagęszczenie macierzy pozakomórkowej podczas kondensacji mezenchymalnej jest wystarczające do napędzania fałdowania tkanki wzdłuż zaprogramowanych trajektorii. "

Poza starszym autorem Gartner, inni współautorzy artykułu to:

Kiedy wyspecjalizowane komórki mezenchymalne w różnych częściach ludzkiej tkanki ciągną się w tandemie na sieci włókien ECM, tworzą siły wewnątrz tkanki, które zginaj się i zginaj w różne kształty, z których niektóre możesz rozpoznać - kosmki, które przypominają palce i tworzą linię ludzkich jelit, oraz pąki, które tworzą sierść zwierzęcą i pióra. Naukowcom udało się odtworzyć to składanie w próbkach tkanek laboratoryjnych, stosując te same naturalne procesy rozwojowe: naukowcy ustalili pewne wzorce komórek mezenchymalnych od ludzi i myszy, które spowodowały, że żywa tkanka złożyła się w różne kształty, takie jak zmarszczki , cewki, miski, a nawet kostki, które normalnie nie występują w przyrodzie.

Podczas gdy wiele laboratoriów zajmujących się inżynierią tkankową tworzy kształty 3D dzięki zastosowaniu technologii formowania mikroprojektowego i druku 3D, wiele z tych kształtów nie obejmują, jak ujął to UCSF, "kluczowe cechy strukturalne tkanek", które rosną w normieprocesy rozwojowe. Bioenginerzy UCSF rozwinęli tę kwestię, wykorzystując zaprogramowany DNA zespół komórek (DPAC), technologię trójwymiarowego modelowania komórek, która może wytworzyć początkowy szablon tkanki, który się fałduje.

Gartner powiedział: "Naszym zmysłem jest że nie można wydrukować końcowej żywej struktury bezpośrednio za pomocą bioprintera. Musisz wydrukować szablon, który będzie ewoluował w miarę upływu czasu dzięki swojemu sztucznemu rozwojowi, lub co możesz nazwać bi-drukowaniem 4-D. "

Pierwszy autor Alex Hughes, doktor habilitowany z laboratorium Gartnera, powiedział: "Zaczynamy dostrzegać, że możliwe jest przełamanie naturalnych procesów rozwojowych w zasady inżynierii, które możemy następnie przeformułować, aby budować i rozumieć tkanki. Jest to zupełnie nowy punkt widzenia w inżynierii tkankowej. "

Gartner ma nadzieję, że w przyszłości zasady zespołu mogą zostać wykorzystane do opracowania lepszych technik projektowania miękkich robotów z żywych materiałów, jak również uprawy przeszczepianych narządów laboratorium.

"Zadziwiające było to, jak dobrze ten pomysł zadziałał i jak po prostu zachowują się komórki. Pomysł ten pokazał nam, że kiedy ujawniamy solidne zasady projektowania, to, co możemy z nimi zrobić z perspektywy inżynierskiej, ogranicza tylko nasza wyobraźnia "- powiedział Gartner.