Revoluční technika biotisku přináší průlom v tvorbě funkčních tkání
Technologie 3D biotisku zaznamenává již dvě desetiletí postupný vývoj, přičemž hlavní výzvou stále zůstává její poměrná pomalost a vysoké náklady. Dalším významným problémem je zajištění dostatečné mikrovaskulatury, tedy systému malých cév, které jsou nezbytné pro podporu funkčnosti vytvořené tkáně. Přestože je na těchto problémech aktivně pracováno, pokrok je většinou postupný. Vytvoření plně funkčních orgánů připravených k transplantaci z vlastních buněk pacienta zůstává stále vzdáleným cílem.
Jak biotisk funguje?
Biotisk umožňuje vědcům vytvářet trojrozměrné struktury z živých buněk a biomateriálů. Tyto buňky jsou obaleny substrátem, například hydrogelem, a přeměněny na tzv. bioinkoust, který je poté vrstven speciálním tiskovým zařízením. Buňky v těchto strukturách rostou a množí se, čímž během několika týdnů dozrají do trojrozměrné tkáně. Nicméně standardní metody tisku mají omezení, zejména pokud jde o dosažení stejné hustoty buněk, jaká se vyskytuje v lidském těle.
Sféroidy jako řešení
Alternativu ke standardním přístupům představují sféroidy – kulové shluky buněk, které mají hustotu srovnatelnou s lidskou tkání. Přestože jsou sféroidy slibným řešením, jejich praktická implementace naráží na technické problémy. Stávající metody často poškozují křehké buněčné struktury nebo nedokáží přesně kontrolovat jejich pohyb a umístění, což je klíčové pro vytvoření složitých replik lidských tkání. Navíc tyto procesy bývají pomalé.
Nový průlom: HITS-Bio
Aby překonali tyto překážky, vyvinuli vědci nový systém nazvaný High-throughput Integrated Tissue Fabrication System for Bioprinting (HITS-Bio). Tato technologie využívá digitálně řízené uspořádání trysek, které se pohybují ve třech dimenzích a umožňují manipulovat s několika sféroidy současně.
Klíčové vlastnosti HITS-Bio:
- 16 trysek uspořádaných do čtyřikrát čtyř řad, které mohou současně uchopit 16 sféroidů.
- Trysky umisťují sféroidy přesně a rychle na bioinkoustový substrát.
- Sféroidy lze přeskupovat do specifických vzorců a opakovaně je použít pro vytvoření složitějších tkáňových struktur.
Tým vědců úspěšně otestoval platformu vytvořením chrupavkové tkáně. Během méně než 40 minut vytvořili strukturu o objemu jeden krychlový centimetr, obsahující přibližně 600 sféroidů. Tento časový rámec výrazně překonává kapacitu současných biotiskových technologií.
Širší dopad a budoucnost
HITS-Bio představuje významný krok vpřed, protože nabízí efektivní a přesnou techniku biotisku, která je až desetkrát rychlejší než současné technologie. Přestože byly první testy zaměřeny na chrupavku, tento přístup by mohl mít široké využití v medicíně, včetně vývoje větších funkčních tkání a možná i celých orgánů.
I když jsou 3D tištěné orgány stále hudbou budoucnosti, technologie jako HITS-Bio zrychlují cestu k tomuto cíli.
Zdroj:
New bioprinting technique creates functional tissue 10x faster