Wissenschaftler nur 3D gedruckt ein transplantierbaren menschliches Ohr
Wissenschaftler haben entwickelt eine innovative 3D Bioprinter erzeugen Ersatzgewebe, das stark genug ist, Transplantation zu widerstehen. Um seine Macht zu zeigen, gedruckt die Wissenschaftler ein Kieferknochen, Muskeln und Knorpel Strukturen sowie ein erstaunlich genaue menschliches Ohr.
Nach fast 10 Jahren in der Entwicklung hat ein Forscherteam unter der Leitung von Anthony Atala Wake Forest Institute for Regenerative Medicine der integrierten Gewebe und Organ Printing System (ITOP) vorgestellt. Sobald verfeinert und bewiesen beim Menschen sicher, könnte diese 3D Bioprinted Strukturen zu ersetzen, die verletzt, fehlende oder erkranktes Gewebe bei Patienten verwendet werden. Und weil sie in einem Computer so konzipiert sind, diese Ersatzteile erfolgt auf die individuellen Bedürfnisse des einzelnen Patienten begegnen zu können. Die Details dieses Durchbruchs wurden heute in Nature Biotechnologyveröffentlicht.
Bioprinters funktionieren auf gleiche Weise, die herkömmliche 3D Drucker additiven Fertigung verwenden komplexeste Strukturen schichtweise aufbauen. Aber verwenden Sie anstelle von Kunststoffen, Harzen und Metalle, Bioprinters speziellen Biomaterialien, die funktionale, lebendiges Gewebe eng ungefähre.
Aber vorhandene Bioprinters kann nicht fertigen Gewebe des richtigen Größe oder Stärke. Ihre Produkte am Ende als viel zu schwach und strukturell instabil für chirurgische Transplantation. Sie können auch empfindliche Strukturen wie Blutgefäße oder Gefäßsystem nicht drucken. Ohne diese vorgefertigten Blutgefäße können nicht Zellen mit wichtigen Nährstoffen und Sauerstoff versorgt.
"Zellen einfach ohne ein Blutgefäß-Versorgung, die ist kleiner als 200 μm [0,07 Zoll], die extrem klein ist nicht überleben können," sagte Atala Gizmodo. "Das ist der maximale Abstand. Und das ist nicht nur für den Druck, das ist Natur. " Er sagte, es ist der "limitierende Faktor", der Bioprinting eine besonders anspruchsvolle technologische Aussage gemacht hat.
Das neue Bioprinting System überwindet jede dieser Mängel. Biologisch abbaubarer Kunststoff-Like (Polymerwerkstoffe) werden verwendet, um die Gewebe-Form zu bilden, und eine wässrigen Gel liefert die Zellen an der Struktur (die Gele sind nicht giftig für die Zellen). Eine vorübergehende äußere Struktur hilft, um die Form des Objekts während des Druckvorgangs zu erhalten. Mikrokanäle eingelassen die Forscher um die Größenbeschränkung zu begegnen, das Design, das Nährstoffe und Sauerstoff zu den Zellen überall innerhalb der Struktur transportiert werden können.
"Wir grundsätzlich neu Kapillaren, Erstellen von Mikrokanälen, die wie ein Bett Kapillare gehandelt", sagte Atala.
Um ihre 3D-gedruckten Bio-Teile zu testen, führten die Forscher eine Reihe von Experimenten an lebenden Tieren. Menschliche Größe externen Ohren wurden unter die Haut von Mäusen implantiert. Nach zwei Monaten die Ohren noch ihre Form beibehalten und Knorpelgewebe und Blutgefäße gebildet hatte. Gedruckte Muskelgewebe bei Ratten implantiert wurden, und wie die Ohren, sie behielten auch strukturelle Integrität.
Stammzellen wurden verwendet, um Fragmente der Kieferknochen, zu schaffen, die bei Ratten transplantiert wurden. Fünf Monate später hatten sich die Strukturen vaskularisierte Knochengewebe gebildet. In Zukunft könnte 3D-gedruckten Knochen Gesichts Rekonstruktionen bei Menschen verwendet werden.
Atala sagte, dass sein Team 3D-gedruckten Gewebe scheinen die richtige Größe, Stärke und Funktion für den Einsatz beim Menschen haben. Ihr System kann Größe, strukturell stabile Gewebe in praktisch jeder Form erzeugen und Teile in einem Computer präzise körperlichen Bedürfnissen eines Patienten modelliert werden können.
Sobald die Strukturen sicher und wirksam erwiesen sind, können die Forscher beginnen, Studien am Menschen denken. Aber "Wir suchen nach wie vor auf die Sicherheit von diesen Dingen," Atala eingeräumt. "Es ist immer noch eine Weile dauern – wir haben noch eine Menge Tests durchlaufen."
[Nature Biotechnology]