Forskare vid Carnegie Mellon University och University of Pittsburgh har gjort ett genombrott inom 3D-bioprinting genom att använda kollagen för att skapa högupplösta, perfuserbara vävnadsmodeller. Denna teknik, som bygger på metoden FRESH (Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels), möjliggör exakt bioprinting av biologiska material och öppnar dörren för nya behandlingar, inklusive potentiella terapier för typ 1-diabetes. Resultaten, publicerade i Science Advances (23 april 2025), representerar ett stort steg framåt inom regenerativ medicin och vävnadsteknik.
Bakgrund: Kollagen och dess roll i vävnadsteknik
Kollagen är det mest förekommande proteinet i människokroppen och ger struktur och stöd till nästan alla vävnader och organ. Tidigare har vävnadsmodeller, som mikrofluidiska system och organ-on-chip-enheter, tillverkats av syntetiska material som silikon och plast. Dessa material har dock begränsningar eftersom de inte fullt ut kan efterlikna de biologiska miljöerna i naturliga vävnader.
Med hjälp av FRESH-bioprinting har forskarna nu skapat de första mikrofysiologiska systemen helt byggda av biologiska material, inklusive kollagen, celler och andra proteiner. Dessa modeller är inte bara mer biologiskt relevanta utan också bättre på att stödja cellfunktioner.
Genombrott: Byggandet av komplexa vävnader
Forskarna använde FRESH-tekniken för att skapa komplexa, vaskulariserade vävnader som efterliknar funktionerna hos mänskliga organ. Ett av de mest lovande resultaten är utvecklingen av en pancreas-liknande vävnad som kan användas för att behandla typ 1-diabetes.
Viktiga framsteg:
- Högupplösta strukturer:
- Tekniken möjliggör skapandet av perfuserbara kanaler med en diameter på cirka 100 mikrometer, vilket efterliknar blodkärl.
- Enstegs bioprinting:
- Forskarna utvecklade en metod för att tillverka kollagenbaserade strukturer i ett enda steg, vilket förbättrar precisionen och minskar tillverkningskomplexiteten.
- Glukos-stimulerad insulinfrisättning:
- Den bioprintade pancreas-liknande vävnaden kunde producera insulin som svar på glukos, vilket överträffar nuvarande organoidbaserade metoder.
Kliniska tillämpningar: Typ 1-diabetes och bortom
Den bioprintade pancreas-liknande vävnaden har redan visat sig kunna bota typ 1-diabetes i djurmodeller, enligt forskare vid FluidForm Bio, ett spinout-företag från Carnegie Mellon University. Företaget planerar att inleda kliniska prövningar på människor inom de närmaste åren.
Framtida möjligheter:
- Organtransplantation: Tekniken kan användas för att skapa biologiskt kompatibla organ för transplantation, vilket minskar behovet av donatororgan.
- Läkemedelstester: Bioprintade vävnader kan användas för att testa läkemedel i en biologiskt relevant miljö.
- Behandling av andra sjukdomar: Plattformen kan anpassas för att skapa vävnader för att behandla olika sjukdomar, inklusive hjärt- och kärlsjukdomar och leverskador.
Samarbete och öppen källkod
Forskarna betonar vikten av samarbete och planerar att göra sina design- och teknologiverktyg tillgängliga som öppen källkod. Detta syftar till att påskynda adoptionen av tekniken i andra laboratorier och utöka dess tillämpningar till fler sjukdomar och vävnadstyper.
Nästa steg:
- Kombinationen av avancerad bioprinting, maskininlärning och datorbaserad modellering kan hjälpa forskare att bättre förstå vilka vävnader som behöver skapas och hur de ska fungera optimalt i kroppen.
- Målet är att skapa vävnader som inte bara efterliknar sjukdomar utan också fungerar som effektiva terapier när de implanteras i kroppen.
Slutsats
Denna forskning representerar ett stort framsteg inom 3D-bioprinting och regenerativ medicin. Genom att använda kollagen och FRESH-tekniken har forskarna skapat biologiskt relevanta vävnadsmodeller som kan användas för att studera sjukdomar och utveckla nya behandlingar. Framstegen inom bioprinting av pancreas-liknande vävnader ger nytt hopp för patienter med typ 1-diabetes och visar potentialen för att revolutionera medicinsk behandling.
Referenser
- 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
- Carnegie Mellon University (2025). Scientists Bioprint Living Tissues That Could Revolutionize Diabetes Treatment.
