Biodruk z prędkością światła
Opracowywanie leków jest pracochłonnym i kosztownym procesem – stworzenie jednego leku mającego zastosowanie kliniczne wymaga miliardów euro i trwa średnio co najmniej 10 lat. Dlatego kluczowe znaczenie ma poprawa mocy predykcyjnej badań przedklinicznych w celu jak najwcześniejszego wyeliminowania nieskutecznych kandydatów przy użyciu modeli 3D in vitro, które odzwierciedlają stopień złożoności i funkcji natywnych narządów. Technologie biodruku rewolucjonizują to, w jaki naukowcy projektują modele tkanek ludzkich na potrzeby medycyny regeneracyjnej i badań farmaceutycznych. Obecne metody mają jednak pewne ograniczenia, ponieważ opierają się na powolnym procesie „warstwa po warstwie”. W rezultacie tworzenie tkanek większych niż centymetr sześcienny może zająć godziny, o wiele za długo, aby wrażliwe komórki mogły przetrwać i prawidłowo funkcjonować.
Biodrukowanie przy użyciu światła
Aby wyeliminować ograniczenia dotychczasowych technik biodruku, w ramach finansowanego przez UE projektu ENLIGHT(odnośnik otworzy się w nowym oknie) wprowadzono nowe podejście zwane biodrukiem wolumetrycznym. Zainspirowana tomografią medyczną metoda wykorzystuje wzory świetlne do kształtowania biomateriałów zawierających komórki w żywe, funkcjonalne tkanki. Poprzez umieszczanie biomateriału na obrotowej platformie i emitowanie innego wzoru światła przy każdym kącie obrotu wytwarza się funkcjonalne żywe tkanki. Połączenie wzorów z poszczególnych kątów sprawia, że tylko określone regiony zestalają się, co skutkuje określonym projektem 3D. Ponieważ proces ten wykorzystuje światło widzialne i nie wymaga fizycznego nacisku, pozwala uniknąć uszkodzenia komórek oraz zapewnia wysoką przeżywalność i funkcjonalność. „Jesteśmy w stanie wydrukować tkanki o wielkości centymetra w zaledwie 10 sekund, wykorzystując proces oparty na świetle, który jest wyjątkowo delikatny dla komórek”, wyjaśnia koordynator projektu Riccardo Levato.
Nowa miniaturowa trzustka do badań przesiewowych leków na cukrzycę
Jednym z najbardziej obiecujących zastosowań opracowanych w projekcie jest biodrukowany model trzustki. Zespół wykorzystał hydrożel na bazie żelatyny, otrzymywany z kolagenu i kapsułkowanych wysepek trzustkowych, wygenerowanych z indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych pochodzących od pacjenta. Wysepki te są bogate w komórki beta wydzielające insulinę, które są tracone lub funkcjonują nieprawidłowo u osób z cukrzycą typu 1 (T1D). Model trójwymiarowy został zaprojektowany z porowatą architekturą, aby naśladować naturalny przepływ w naczyniach krwionośnych. Po umieszczeniu w bioreaktorze perfuzyjnym model pozwala badaczom symulować krążenie krwi i testować reakcję wysepek na leki lub związki toksyczne. Co ważne, ponieważ komórki są swoiste dla pacjenta, system może być stosowany w medycynie spersonalizowanej. „Przebadaliśmy różne leki przeciwcukrzycowe, a także cząsteczki, które mogą powodować toksyczność w trzustce. Celem jest zwiększenie efektywności i skuteczności testowania leków, ponieważ budujemy niezawodny i odtwarzalny system oparty na ludzkich komórkach”, podkreśla Levato.
Znaczenie projektu i przyszłe działania
Zespół ENLIGHT po raz pierwszy wykazał, że biodruk wolumetryczny może poprawić funkcjonowanie złożonych tkanek, takich jak wysepki trzustkowe, do zaawansowanych zastosowań badawczych. Biodrukarka została wprowadzona na rynek przez partnera projektu, firmę Readily3D(odnośnik otworzy się w nowym oknie), podczas gdy nowy zestaw materiałów pochodzących z żelatyny do druku 3D i hodowli tkanek został skomercjalizowany przez Rousselot(odnośnik otworzy się w nowym oknie), innego partnera projektu. Zespół będzie dalej udoskonalał swoje drukowane modele i badał ich zastosowanie do testowania terapii genowej – innego obszaru, w którym obecne modele są niewystarczające. Oceni także, w jaki sposób technologia ta może wspierać terapie przeszczepiania komórek w przypadku T1D, wykorzystując drukowane na dużą skalę tkanki jako zamienniki niewydolnych wysepek trzustkowych. Wraz z rozwojem biodruku technologia ENLIGHT może stać się kamieniem węgielnym zarówno dla rozwoju leków, jak i medycyny regeneracyjnej. Mogłoby to pomóc firmom farmaceutycznym wcześniej identyfikować bezpieczne i skuteczne leki, zmniejszając koszty i potrzebę przeprowadzania eksperymentów na zwierzętach.
