En ny studie publicerad i Science Advances (23 april 2025) av Daniel J. Shiwarski och kollegor presenterar en banbrytande metod för att använda 3D-bioprinting för att skapa kollagenbaserade, högupplösta och internt perfuserbara strukturer. Dessa strukturer kan användas för att bygga fullt biologiska vävnadssystem, vilket representerar ett stort framsteg inom regenerativ medicin och vävnadsteknik.
Bakgrund: Utmaningar inom vävnadsteknik
Vävnadsteknik syftar till att skapa biologiska strukturer som kan ersätta eller reparera skadade vävnader och organ. En av de största utmaningarna inom detta område är att skapa vävnader som är både funktionella och biologiskt kompatibla. För att uppnå detta krävs:
- Högupplösta strukturer: För att efterlikna den komplexa arkitekturen hos naturliga vävnader.
- Intern perfusion: För att möjliggöra transport av näringsämnen och syre till cellerna i vävnaden.
- Biologisk kompatibilitet: Material som kan integreras med kroppens egna vävnader utan att orsaka avstötning.
Kollagen, som är ett naturligt förekommande protein i kroppens bindväv, är ett idealiskt material för vävnadsteknik på grund av dess biokompatibilitet och mekaniska egenskaper. Tidigare metoder för att använda kollagen i 3D-bioprinting har dock haft begränsningar i upplösning och funktionalitet.
Metod: 3D-bioprinting av kollagenbaserade strukturer
Forskarna utvecklade en ny metod för att 3D-printa kollagenbaserade strukturer med hög upplösning och intern perfusion. Metoden bygger på en kombination av avancerad bioprintingsteknik och optimerade kollagenlösningar.
Viktiga egenskaper hos metoden:
- Hög upplösning:
- Tekniken möjliggör skapandet av strukturer med en upplösning på mikrometernivå, vilket efterliknar den komplexa arkitekturen hos naturliga vävnader.
- Intern perfusion:
- Strukturerna är designade för att inkludera perfuserbara kanaler, vilket möjliggör transport av vätskor, näringsämnen och syre.
- Biologisk funktionalitet:
- De kollagenbaserade strukturerna är fullt biologiska och kan stödja celltillväxt och vävnadsbildning.
Resultat
Studien visade att de 3D-printade kollagenstrukturerna kunde användas för att skapa funktionella vävnadssystem. Några av de viktigaste resultaten inkluderar:
- Celltillväxt och överlevnad:
- Strukturerna stödde tillväxt och överlevnad av olika celltyper, inklusive endotelceller och fibroblaster.
- Perfusion och funktionalitet:
- De perfuserbara kanalerna möjliggjorde effektiv transport av vätskor, vilket är avgörande för att upprätthålla cellernas metabolism och funktion.
- Anpassningsbarhet:
- Tekniken kan anpassas för att skapa olika typer av vävnader, inklusive hud, blodkärl och organliknande strukturer.
Betydelse och tillämpningar
Denna nya metod för 3D-bioprinting har potential att revolutionera regenerativ medicin och vävnadsteknik. Några av de mest lovande tillämpningarna inkluderar:
- Organtransplantation:
- Skapandet av biologiskt kompatibla organ för transplantation, vilket kan minska behovet av donatororgan.
- Läkemedelstester:
- Användning av 3D-printade vävnader för att testa läkemedel och behandlingar i en biologiskt relevant miljö.
- Reparation av skadade vävnader:
- Utveckling av skräddarsydda vävnader för att reparera skador orsakade av sjukdomar eller trauma.
Slutsats
Studien av Shiwarski och kollegor representerar ett stort framsteg inom 3D-bioprinting och vävnadsteknik. Genom att kombinera högupplöst bioprinting med biologiskt kompatibla material som kollagen har forskarna skapat en plattform som kan användas för att bygga fullt funktionella vävnadssystem. Detta öppnar dörren för nya möjligheter inom regenerativ medicin och kan bidra till att lösa några av de största utmaningarna inom modern sjukvård.
Referens
- Shiwarski, D. J., Hudson, A. R., Tashman, J. W., Bakirci, E., Moss, S., Coffin, B. D., & Feinberg, A. W. (2025). 3D bioprinting of collagen-based high-resolution internally perfusable scaffolds for engineering fully biologic tissue systems. Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.adu5905
