Tvorba umělých tkání pomocí 3D tisku má stále zásadní omezení v podobě nedostatečných kapilárních sítí. Bez těchto drobných cév je přísun kyslíku a živin do buněk výrazně omezen a dosahuje pouze několika milimetrů, což je překážkou při snaze vytvářet větší struktury, například celé orgány. Buňky sice do určité míry dokážou samy vytvořit potřebné struktury, ale k tomu, aby umělá tkáň skutečně fungovala, je potřeba propracovaná a rozsáhlá síť krevních cév. Nedostatečná vaskularizace tak už více než desetiletí brzdí rozvoj technologií pro tisk náhradních orgánů. Proto se vědci stále zaměřují na alternativy, jako je recelularizace darovaných orgánů pomocí buněk pacienta či xenotransplantace orgánů z geneticky modifikovaných prasat.
Nedávný pokrok představuje inovativní metoda nazvaná „sacrificial writing in functional tissue“ (SWIFT), která umožňuje vytvoření kanálků uvnitř živé tkáně. Výzkumný tým nyní navázal na tuto metodu technologií coaxial SWIFT (co-SWIFT), která lépe napodobuje složité vrstvy cévních stěn. Tato technika umožňuje vytvořit propojenou cévní síť s endotelem, která dokáže odolat tlaku krve. Klíčovým přínosem je nová konstrukce tiskové trysky, která díky dvěma odděleným kanálkům dokáže tisknout cévy složené z kolagenu pro obal cévy a jádrového gelu z želatiny. Tryska je navržena tak, aby mohla napojit již vytvořené cévy, čímž vznikají potřebné větvené sítě pro dostatečnou okysličenost orgánových struktur.
V rámci tohoto výzkumu tým použil obalovou složku, do které byly začleněny buňky hladkého svalstva, jež tvoří vnější vrstvu cév. Po roztavení jádra z želatiny byly do cév doplněny endotelové buňky, které tvoří vnitřní vrstvu. Po sedmidenní perfuzi (umělé okysličení tkáně) vykazovaly cévy trojnásobně nižší propustnost ve srovnání s cévami bez endotelu, což naznačuje jejich vyšší funkčnost.
Konečnou fází experimentu bylo testování této metody přímo v živé lidské tkáni. Vědci vytvořili desítky tisíc malých buněčných bloků složených z bijících srdečních buněk, které stlačili do husté buněčné struktury. Pomocí technologie co-SWIFT pak do těchto struktur vytiskli síť biomimetických (přírodní napodobujících) cév. Po odstranění jádrové složky tryskou doplnili vnitřní strany cév endotelovými buňkami a ověřili jejich funkci. Po pěti dnech perfuze vykazovaly tyto umělé cévy typickou dvouvrstvou strukturu cévních stěn a srdeční tkáň se začala synchronně stahovat, což ukazuje na správnou funkci vytvořených orgánových buněk.
Díky těmto pokrokům se vývoj umělých orgánů opět o krok přiblížil realitě. Vědecký tým doufá, že jejich inovace podpoří výzkum v oblasti tkáňového inženýrství a transplantací.
Zdroj: https://wyss.harvard.edu/news/3d-printed-blood-vessels-bring-artificial-organs-closer-to-reality/