Forskere fra Harvard Universitetet har oppdaget en metode for å raskt tilvirke byggeklosser for å lage menneskelige organer.

Det er forskere fra Wyss Instituttet ved Harvard Universitet som har utviklet en ny  teknikk som de kaller SWIFT (sacrificial writing into functional tissue) for å 3d-printe store, vaskulariserte byggesteiner for menneskelige organer (OBBs – organ building blocks). Vaskularisering betyr at de er vaskulære, altså at det kan gå blod og annen væske gjennom dem.

For å demonstrere metoden har teamet laget hjertevev som smelter sammen og slår synkront over en 7-dagers periode. Dette muliggjør hurtig montering av perfusible pasient- og organspesifikke vev i terapeutisk skala. –Vår SWIFT-bioproduksjonsmetode er svært effektiv til å lage organspesifikke vev i skala fra OBB-er, som spenner fra aggregater av primærceller til stamcelle-avledede organoider, sier Jennifer Lewis, fra Wyss Instituttet. Formålet med dyrking av menneskelige organer er blant annet å redusere ventetid på transplantasjon ved å bruke additiv tilvirking.

I følge forskerne dør omtrent 20 mennesker i USA hver dag i vente på en organtransplantasjon. Mens det nå blir utført mer enn 30 000 transplantasjoner årlig, er det angivelig over 113 000 pasienter som for tiden er på ventelister for organer. For å løse denne organmangelen satser forskere på kunstig dyrkede menneskelige organer.

Å lage vev er et felt i rask utvikling. Fremskritt innen 3d-printing har ført til en boom i bruk av denne teknikken for å bygge levende vevskonstruksjoner i form av menneskelige organer. Organbyggesteiner sammensatt av pasientspesifikk-indusert pluripotente stamcelle-avledede organoider tilbyr en metode for å oppnå vev med den nødvendige celletetthet, mikroarkitektur og funksjon som er nødvendig for den spesifikke pasienten. SWIFT-teknikken er i så måte en metode for å fremskynde prosessen og rask produksjon samt vaskularitet fører også sjeldnere til celledød. –Dette er et helt nytt paradigme for vevsfabrikasjon, sa Mark Skylar-Scott, en av de andre forfatterne av studien.

Vev som er tilvirket uten SWIFT-printede kanaler fremviser celledød (rødt) i kjernene etter 12 timers kultur (venstre), mens vev med kanaler (høyre) har friske celler. Foto via Wyss Instituttet ved Harvard Universitet.

SWIFT er en to-trinns bioproduksjonsprosess som begynner med å sette sammen hundretusener av disse OBB-ene i levende matriser med høy celletetthet til en tett, levende matrise av OBB-er. Inneholdende omtrent 200 millioner celler per milliliter, må OBB-matriksene som brukes for SWIFT også utvise ønsket selvhelbredende, viskoplastisk oppførsel.

I det andre trinnet blir perfusible vaskulære kanaler innebygd i matrisen ved å skrive og fjerne en offerfarge (dvs. innebygd 3d-bioprinting). Det konstruerte vaskulære nettverket tillater oksygen og andre næringsstoffer å passere gjennom, og leverer disse viktige stoffene til celler.

–Danning av en tett matrise fra disse OBB-ene slår to fluer i en smekk: ikke bare oppnår den en høy celletetthet som tilsvarer menneskelige organer, men matrisens viskositet muliggjør også utskrift av et gjennomgripende nettverk av perfusible kanaler i den for å etterligne blodkar som støtter menneskelige organer, sier en av de andre forfatterne av studiet, Sébastien Uzel, Ph.D.

Hvordan lage et bankende hjerte

De cellulære aggregatene brukt i SWIFT-metoden er avledet fra voksne induserte pluripotente stamceller. Blandet med en skreddersydd ekstracellulær matrise (ECM) -løsning, lager aggregatet en levende matrise som komprimeres via sentrifugering.

Ved kalde temperaturer (0-4 ° C) har den tette matrisen konsistensen av majones. Myk nok til å manipulere uten å skade cellene. Matrisen er fremdeles tykk nok til å holde formen – det perfekte mediet for å tilby 3d-printing. I denne teknikken beveger en tynn dyse seg gjennom denne matrisen og avsetter en streng med gelatin “blekk” som skyver celler ut av veien uten å skade dem.

Oppvarmet til 37 ° C, stivner den kalde matrisen gradvis for å bli mer solid. Når temperaturen øker, smelter gelatinfargen og kan vaskes ut. Dette etterlater seg et nettverk av kanaler innebygd i vevskonstruksjonen som kan perfuseres med oksygenerte medier for å gi næring til cellene. Forskerne klarte å variere diameteren på kanalene fra 400 mikrometer til 1 millimeter. Den 3d-printede kanalen kan sømløst kobles for å danne et forgrenende vaskulært nettverk også i vevene.

Ved hjelp av SWIFT-metoden lagde forskerne dette miniatyrhjertet som så slo på egen hånd i en uke.

Les mer hos 3d-printing Industry

Her er selve studien: “Biomanufacturing of organ-specific tissues with high cellular density and embedded vascular channels” forfattet av Mark A. Skylar-Scott, Sebastien G. M. Uzel, Lucy L. Nam, John H. Ahrens, Ryan L. Truby, Sarita Damaraju, og Jennifer A. Lewis. Publisert i Science Advances (Vitenskapelige fremskritt).