Bioengineering ist zunehmend komplexer und artikulierter geworden. Mit nichts anderem als Licht und Bio-Tinte konnten die Wissenschaftler eine menschliche Ohr-ähnliche Struktur direkt unter die Haut der Mäuse drucken.
Das Team verwendete ein gesundes Ohr als Modell und druckte ein Ohr aus einem Spiegelbild (Gewebeschicht auf Gewebeschicht) direkt auf der Rückseite einer Maus in 3D.
Alles ohne einen einzigen chirurgischen Schnitt.
Wenn Sie denken, dass es ein wenig gruselig ist, kann ich es Ihnen nicht verübeln: Der Proof of Concept ist jedoch bemerkenswert. Das Team zeigte, dass es möglich ist, Gewebeschichten, selbst so komplex wie ein Ohr, ohne chirurgisches Implantat aufzubauen oder zu rekonstruieren.
Dies bedeutet, dass es eines Tages möglich sein kann, ein Ohr oder andere genetische oder verletzte Gewebeschäden direkt an der Verletzungsstelle zu reparieren. Ich habe solche Dinge nur auf Star Trek gesehen und sie als die fortschrittlichsten angesehen.
3D-Bioprinting, Drucken mit Licht
Die Technologie, 3D-Bioprinting auf Basis der digitalen Lichtbehandlung (DLP), hat in den letzten zehn Jahren aufgrund ihrer Vielseitigkeit viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Im dieser interessante Artikel von Insidern finden Sie ein erschöpfendes Kompendium des Themas und seiner Kunststufe.
Die Grundidee besteht darin, Biotinte, die Zellen enthält, in das beschädigte Gewebe zu injizieren und dann diese „Abgüsse“ zu beleuchten, um die Zellen in der Biotinte zu „aktivieren“. Je nach Zelltyp können sie dann beschädigte Rückenmarksfäden, Nervenfasern oder Blutgefäße reparieren.
in dieser Studie, letzte Woche in Science Advances veröffentlicht, machte das Team einen Schritt nach vorne in der Technik. Mithilfe von computergestütztem Design entwarfen sie mehrere Formen und speisten Daten in ein digitales Gerät, das eine „Matrix“ aus Infrarotstrahlen erzeugte.
Diese Strahlen dringen in das Gewebe ein und bauen es praktisch von innen auf.
Innerhalb von 20 Sekunden konnte das Team die Grundform eines menschlichen Ohrs auf einer lebenden Maus erzeugen. Das 3D-gedruckte Ohr hat seine raffinierte Struktur für mehr als einen Monat behalten.
Kein Skalpell
Ich betone die grundlegende Bedeutung dieser Studien, denn die Notwendigkeit chirurgischer Eingriffe ist die derzeitige Grenze des Tissue Engineering.
Die meisten Stoffprototypen in 3D gedruckt Heute wird es im Labor durchgeführt, wo Wissenschaftler eine direktere Kontrolle über das Gewebewachstum haben.
Alle versuchten Ansätze haben eines gemeinsam: Sie erfordern letztendlich eine Operation. Gewebe muss chirurgisch entnommen und in die beschädigte Stelle eingesetzt werden, und eine Operation kann zu einer Beschädigung des Implantats und des umgebenden Gewebes führen. Die Konsequenzen? Von langen Krankenhausaufenthalten über Wiederholungsoperationen bis hin zur Implantatentfernung.
Zauberstab
In dem neuen Ansatz, der in diesem Beitrag behandelt wird, habe ich erklärt, dass die Wissenschaftler „Licht“ verwendet haben, um ein Ohr mit Bio-Tinte in 3D zu drucken. Ähnlich wie bei bestimmten Zahnrekonstruktionen wird Licht verwendet, um die Zellen der Bio-Tinte zu "aktivieren" und zu polymerisieren. So kann tatsächlich ein neuer Stoff direkt auf einen anderen oder sogar unter die Haut gedruckt werden.
Herkömmlicherweise wird ultraviolettes oder blaues Licht verwendet, um das Bioprinting zu unterstützen, aber es hat eine geringe Fähigkeit, Gewebe zu durchdringen. Und es kann auch Schäden, Sonnenbrand am entstehenden und umgebenden Gewebe verursachen.
Infrarotlicht hingegen kann die Biotinte aktivieren und tief in das Gewebe strahlen. Da verschiedene räumliche Lichtmuster angepasst werden können, um die Bio-Tinte sowohl innerhalb einer Schicht als auch zwischen Schichten unterschiedlich zu aktivieren, verwendete das Team Licht als echten Meißel.
Im ersten Test druckte das Team in nur 15 Sekunden eine einzelne Schicht schalenartiger Strukturen auf die Außenseite des Körpers. Dann begannen sie mit dem 3D-Druck einer Vielzahl von Formen: eine dreischichtige Torte, ein Lebkuchenmann (kein Scherz), ein Seestern und mehr.
3D-Druck im Körper
Nach mehreren durchgeführten Tests verfolgte das Team das große Ziel: den 3D-Druck eines Stoffes direkt IN den Körper. „Es ist etwas schwieriger“, erklären die Forscher, weil der Sauerstoffgehalt in einem lebenden Organismus den Vernetzungseffekt hemmen kann, was bedeutet, dass die Tinte möglicherweise nicht fest wird.“
Unterm Strich hat das Team die richtigen Wellenlängen gefunden. Und am Ende erzeugte er ein Ohrmodell für den 3D-Druck und füllte es dann mit Chondrozyten, Zellen, die die Struktur des Ohrknorpels bilden.
Ein besserer Weg, um zu heilen?
Die Herstellung neuer Stoffe ist nicht das Einzige, was Technologie leisten kann. Stoffe können auch repariert werden. In einer zusätzlichen Studie stellte das Team fest, dass der gleiche Ansatz schwere Wunden heilen kann.
In einem anderen Test druckte das Team Gerüste mit Zellen in Mäusen, die an Muskelverletzungen litten, und verwendete Licht, um das gedruckte Gewebe zu aktivieren. Innerhalb von 10 Tagen zeigten die Mäuse im Vergleich zu einer Kontrollgruppe „einen signifikanten Wundverschluss“.
Alles zusammen: Es ist das erste Mal, dass es Wissenschaftlern ohne Operation gelungen ist, Gewebe im Körper zu regenerieren und gleichzeitig die Wundheilung zu fördern.
Sicher, es ist ein langer Weg zwischen dem „3D-Druck eines menschlichen Ohrs auf dem Rücken einer Maus“ und der „Regeneration eines verletzten Ohrs“, aber die Studie zeigt, dass es möglich ist.
