Nytt biobläck – ett steg närmare 3D-printade mänskliga organ

Forskare vid Lunds universitet har utformat ett nytt biobläck som gör det möjligt att använda 3D-bioskrivning för att skapa luftvägar i naturlig storlek och med mänsklig vävnad. De utskrivna luftvägarna är biokompatibla och forskarna har i djurmodeller sett att materialet stöder tillväxt av blodkärl inne i luftvägens vägg. Detta är ett viktigt första steg på vägen mot att skriva ut biokompatibla organ i 3D.

Kroniska lungsjukdomar är den tredje vanligaste dödsorsaken i världen som i EU kostar mer än 380 miljarder euro årligen. För många av dessa sjukdomar finns inget botemedel och det enda alternativet för patienter i slutskedet är lungtransplantation. Det saknas dock lungor från donatorer för att möta behovet för alla dem som väntar på transplantation.

Det är därför angeläget att kunna öka mängden tillgängliga lungor för transplantation. Ett framtida möjligt tillvägagångssätt är att tillverka lungor genom att kombinera celler med ett biotekniskt framställt stödjematerial. Men exakt vilka material och metoder för att skapa stödjematerial som är mest lämpliga för transplantation är inte kända.

Forskarna bakom den aktuella studien: Martina De Santis och Darcy Wagner, i forskargruppen Lungbioengineering och regeneration vid Lunds universitet, har utformat ett nytt biobläck för så kallad 3D-bioskrivning av mänsklig vävnad. Biobläcket tillverkas genom att kombinera två material: ett material som härrör från tång, alginat, samt bindväv (extracellulär matrix) som härrör från lungvävnad. 

Koncepttest för samtliga vävnads- eller organtyper

Som ett koncepttest används detta nya biobläck till 3D-bioskrivna små mänskliga luftvägar med två typer av celler som normalt finns i mänskliga luftvägar. Detta biobläck kan emellertid anpassas för samtliga vävnads- eller organtyper.

– Vi började smått genom att tillverka små rör, eftersom detta är en struktur i såväl luftvägar som i blodkärl. Genom att använda vårt nya biobläck med stamceller framrenade från patienters luftvägar kunde vi bioskriva små luftvägar som hade flera lager av celler och som förblev öppna över tid. förklarar Darcy Wagner, universitetslektor och docent i lungbioengineering och regeneration, som är huvudförfattare till studien.

Främjade bildandet av nya blodkärl

– Denna nästa generations biobläck främjade också framväxten av luftvägsstamceller till flera celltyper som normalt finns i en vuxen människas luftvägar, något som förenklar processen att skriva ut vävnad som består av många olika celltyper, berättar Darcy Wagner.

Darcy Wagner konstaterar att upplösningen måste förbättras för att 3D-bioskriva mindre strukturer och lungblåsor, så kallade alveoler, där gasutbytet sker.

– Vi hoppas att tekniska förbättringar av tillgängliga 3D-skrivare och ytterligare framsteg avseende biobläck kommer att göra det möjligt att bioskriva med en högre upplösning, och därmed kunna framställa större vävnader som skulle kunna användas för transplantation i framtiden. Men vi har fortfarande en lång väg att gå innan vi – förhoppningsvis – kan applicera detta på människor.

Forskarna använde en djurmodell som påminner om den livslånga immundämpande behandling som patienter måste ta efter organtransplantation. Modellen visade att de 3D-skrivna strukturerna som tillverkats av det nya biobläcket tolererades väl och främjade bildandet av nya blodkärl. 

– Utvecklingen av detta nya biobläck är ett betydande steg framåt, men det är viktigt att  bekräfta funktionen hos de små luftvägarna över tid och att undersöka genomförbarheten av detta tillvägagångssätt i djurmodeller", säger Martina De Santis.

För mer information kontakta: Darcy Wagner, universitetslektor, docent i Lungbioengineering och regeneration, Wallenberg molekylärt medicinskt centrum, Lunds universitet, 046 222 08 39, darcy.wagner@med.lu.se

Publikation
“Extracellular‐Matrix‐Reinforced Bioinks for 3D Bioprinting Human Tissue”, Advanced Materials januari 2021, https://doi.org/10.1002/adma.202005476

Kortfakta om studien:
Grundforskning, peer-reviewad publikation. Kvantitativ studie. Djurstudie mus. Experimentell undersökning: in vitro, in vivo.
Studien har finansierats bland annat genom stora anslag från ERC starting grant (3DBIOLUNG), Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse inom ramen för Wallenberg molekylärt medicinsk centrum, Lunds universitet och Region Skåne.

-----------------
Presskontakt Medicinska fakulteten vid Lunds universitet: Katrin Ståhl, 046-222 01 31, 0725-27 97 97, katrin.stahl@med.lu.se