Orgelregeneratie komt dichterbij met "3D Sugar Printing"

Een team van bio-ingenieurs heeft een stap dichterbij de dag genomen waarop het mogelijk zal zijn om nieuwe organen uit de eigen cellen van de patiënt te regenereren. De onderzoekers hebben 3D-patronen van bloedvatennetwerken "geprint" met suiker waardoor weefsel rondom hen kan groeien en vervolgens oplossen, waardoor een uitgeholde "vasculaire architectuur" achterblijft.
Zodra de suiker oplost, kan het uitgeholde bloedvatpatroon snel worden geperfundeerd met voedingsrijke vloeistof en zuurstof om te voorkomen dat de weefselcellen afsterven.
(Een veel voorkomend probleem bij het manipuleren van dikker weefsel, zoals dat van de lever, is dat zonder een fatsoenlijk vasculair systeem om voedingsstoffen en zuurstof af te geven en afvalproducten te verwijderen, de cellen diep van binnen vergaan.)
Hoewel weefseltechnologie de afgelopen jaren grote vooruitgang heeft geboekt, is het nog steeds onmogelijk om de complexe 3D-bloedvatennetwerken te reconstrueren die aanwezig zijn in natuurlijk gekweekte organen.
Schrijven in het 1 juli online nummer van Natuurmaterialen, onderzoekers van de University of Pennsylvania (Penn) en Massachusetts Institute of Technology (MIT) in de VS, zeggen dat hun 3D-suikerdrukmethode een belangrijke stap in de goede richting is en ook vrij is van enkele van de problemen die zich voordoen bij het proberen maak op andere manieren 3D-weefsel en de interne vasculatuur ervan.
Eén gangbare benadering die bio-ingenieurs gebruiken is bijvoorbeeld om het weefsel en het vasculaire netwerk ervan laag voor laag te laten groeien, maar dit heeft een significant probleem doordat de voedingsvloeistof de naden tussen de lagen open kan duwen.

Christopher S Chen, de Skirkanich hoogleraar innovatie bij de afdeling Bioengineering bij Penn, is een van de hoofdonderzoekers op dit gebied. Hij vertelde de pers:
"Deze nieuwe platformtechnologie, vanuit het perspectief van de cel, maakt weefselvorming een zachte en snelle reis, omdat de cellen slechts een paar minuten handmatig pipetteren en een enkele stap van het in de vormen gieten voordat ze gevoed worden door ons vasculaire netwerk. "
De snelle giettechniek die Chen en collega's hebben ontwikkeld, is afhankelijk van het maken van een materiaal dat zo star is dat het zich kan handhaven als een 3D-netwerk van filamenten, maar dat ook gemakkelijk in water kan oplossen zonder de cellen te vergiftigen.
De andere vereiste is dat het materiaal compatibel moet zijn met een 3D-printer, zodat het complexere vasculaire netwerken veel sneller kan maken dan de laag voor laag benadering en op grotere schaal.
Na veel vallen en opstaan, ontdekten ze dat het perfecte materiaal suiker was. Suiker is mechanisch sterk en overvloedig van aard. In de vorm van cellulose is het bijvoorbeeld het meest voorkomende materiaal in de biomassa van de aarde. Een ander voordeel is dat de bouwstenen van suiker meestal worden toegevoegd en opgelost in voedingsmedia die de cellen voeden.
Postdoctorale collega Jordan S Miller is een andere co-leider van het onderzoeksteam en lid van Chen's Tissue Microfabrication Laboratory in de afdeling Bioengineering bij Penn. Hij zei dat ze veel verschillende suikerformules hebben getest totdat ze de best mogelijke match hebben met deze vereisten.
"Aangezien er geen enkel type gel is dat optimaal zal zijn voor elk soort gemanipuleerd weefsel, wilden we ook een suikerformule ontwikkelen die breed compatibel zou zijn met elk celtype of op water gebaseerde gel," legde hij uit.
Ze vestigden zich uiteindelijk op een formule die sucrose en glucose combineerde met dextran voor structurele sterkte. Ze drukten het af met een RepRap, een open-source 3D-printer met een speciaal ontworpen extruder en besturingssoftware.
Een belangrijk onderdeel van de methode is dat de suiker na het afdrukken stabiel moet zijn, dus is het gecoat met een dunne laag afbreekbaar polymeer gemaakt van maïs waardoor de suikerstructuur kan oplossen en uit het gelmedium kan stromen via de kanalen die ze creëren zonder de gel te stoppen in de omgeving en zonder de groeiende cellen in de buurt te beschadigen.
Zodra de suiker uit de weg is, voeden de onderzoekers vloeistof door het vaatraam, om de cellen te voeden met voedingsstoffen en zuurstof, vergelijkbaar met hoe het op natuurlijke wijze gebeurt met bloed in het lichaam.
Ze zeggen dat het hele proces snel en goedkoop isen ze kunnen eenvoudig wisselen tussen meerdere computersimulaties en fysieke modellen van vasculaire kaders.
Toen de onderzoekers menselijke bloedvaten cellen in het uitgeholde vasculaire netwerk injecteerden, begonnen ze spontaan nieuwe capillaire spruiten te maken, waardoor de penetratie van het netwerk toenam. Dit is hoe bloedvaten op natuurlijke wijze in het lichaam groeien.
Om dit effect verder te testen, maakten de onderzoekers vervolgens gels met primaire levercellen. Toen ze vervolgens voedingsrijke vloeistof door de uitgeholde vasculaire architectuur pompten, vonden ze dat de levercellen verhoogden de hoeveelheid albumine en ureum die ze maakten, wat een teken is van gezond gedrag in levercellen.
Er was ook bewijs dat er meer cellen rond de vasculaire kanalen overleven die de voedingsvloeistof dragen.
Een andere uitdaging voor biotechnologische orgels is het creëren van voldoende aantallen gezonde en functionerende cellen: en de huidige technologie is nog ver verwijderd van het bereiken van de celdichtheid van een volledig functionerende lever.
Maar met hun bedrukte vasculaire systeem, Chen en collega's behaalde celdichtheden die klinische relevantie benaderden, suggererend dat de nieuwe techniek aanspoort tot verder onderzoek naar in het lab gekweekte organen en orgelachtige structuren.
Er wordt aangenomen dat de therapeutische drempel voor humane lever-therapie ongeveer 10 miljard werkende levercellen is. Chen en collega's zijn erin geslaagd dichter bij dat aantal te komen, maar ze zijn nog ver weg: per gel bereiken ze ongeveer tientallen miljoenen levercellen, zeiden ze.
En er is nog veel werk aan de winkel in andere gebieden, zoals hoe deze vasculaire netwerken met echte bloedvaten te verbinden, en testen hoe de kunstmatige vasculatuur interageert met levercellen.
Fondsen van de National Institutes of Health, het Penn Center for Engineering Cells and Regeneration en de American Heart Association-Jon Holden DeHaan Foundation hielpen mee het onderzoek te bekostigen.
Geschreven door Catharine Paddock PhD

Nanodeeltjes Stop multiple sclerose bij muizen

Een baanbrekende nieuwe experimentele behandeling waarbij nanodeeltjes worden gebruikt die bedekt zijn met eiwitten om het immuunsysteem te misleiden, die erin is geslaagd het stoppen van myeline te stoppen en de voortgang van de ziekte te stoppen bij muizen met relapsing-remitting multiple sclerose (MS). De onderzoekers zeggen dat de aanpak ook van toepassing kan zijn op andere auto-immuunziekten zoals astma en type 1 diabetes.

(Health)

Duizenden genen beïnvloed door RNA-modificatie

Een nieuwe ontdekking door onderzoekers van het Weill Cornell Medical College, gepubliceerd in de editie van 17 mei van het tijdschrift Cell, herschrijft opnieuw wetenschappelijke leerboeken. Slechts 10 jaar geleden moesten epigenetische onderzoekers afstand doen van het lang bestaande geloof dat DNA uit slechts vier basen bestaat, toen ze ontdekten dat chemisch gemodificeerde basen in feite overvloedige componenten van het menselijk genoom zijn.

(Health)