Wissenschaftler "drucken" 3D-Herz unter Verwendung des Patientengewebes
Obwohl der 3D-Druck in den letzten Jahren sprunghaft Fortschritte gemacht hat, ist die Verwendung zum Drucken funktionierender menschlicher Organe immer noch ein weit entfernter Traum. In jüngster Zeit haben Wissenschaftler diesen Traum jedoch einen Schritt näher gebracht.
Bildnachweis: Advanced Science 2019 Die Autoren
Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind die häufigste Todesursache in den USA.
Laut den Centers for Disease Control and Prevention (CDC) sterben in den USA jedes Jahr 610.000 Menschen an Herzerkrankungen.
Sobald das Endstadium erreicht ist, ist die einzige Behandlungsoption eine Herztransplantation.
Da es zu wenige Herzspender gibt, ist das Warten auf eine lebensrettende Transplantation lang.
Wissenschaftler sind daran interessiert, Wege zu finden, um vorhandenes Herzgewebe zu flicken, um die Notwendigkeit einer Transplantation zu beseitigen oder zu verschieben.
Wenn Chirurgen beispielsweise ein Material in das Herz implantieren könnten, könnte es ein temporäres Gerüst bilden, um die Zellen zu unterstützen und die Zellreorganisation voranzutreiben.
Dieses sogenannte Cardiac Tissue Engineering weist eine Reihe von Problemen auf; In erster Linie müssen Wissenschaftler eine Art Material finden, das der Körper nicht ablehnen würde. Forscher haben bereits eine Reihe von Materialien und Methoden ausprobiert, aber die perfekten Kandidaten sind Zellen aus dem Körper des Patienten.
Bioink und Stammzellen
In den letzten Jahren haben Forscher einige Fortschritte bei der künstlichen Replikation von menschlichem Gewebe erzielt.
Eine Gruppe von Wissenschaftlern der Universität Tel Aviv in Israel hat diese Arbeit einen Schritt weiter vorangetrieben und das Cardiac Tissue Engineering auf die nächste Stufe gebracht.
"Dies ist das erste Mal, dass jemand erfolgreich ein ganzes Herz mit Zellen, Blutgefäßen, Ventrikeln und Kammern konstruiert und gedruckt hat."
Leitender Forscher Prof. Tal Dvir
Die Wissenschaftler haben einen bahnbrechenden Ansatz entwickelt, der es ihnen ermöglicht, das zu schaffen, was einem künstlichen Herzen bisher am nächsten kommt.
Ihr erster Schritt bestand darin, dem Patienten eine Biopsie des Fettgewebes zu entnehmen. dann trennten sie zelluläres Material von nichtzellulärem Material.
Die Forscher programmierten die Zellen des Fettgewebes neu, um pluripotente Stammzellen zu werden, die sich zu einer Reihe von Zelltypen entwickeln können, die für das Wachstum eines Herzens erforderlich sind.
Das nichtzelluläre Material besteht aus Strukturkomponenten wie Glykoproteinen und Kollagen; Die Wissenschaftler haben diese modifiziert, um sie in einen „Bioink“ zu verwandeln.
Dann mischten sie diesen Bioink mit den Stammzellen. Die Zellen differenzierten sich in Herz- oder Endothelzellen (die Blutgefäße auskleiden), mit denen die Wissenschaftler Herzpflaster, einschließlich Blutgefäße, herstellen konnten.
Sie beschreiben ihre Methoden ausführlich in einem kürzlich in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel Fortgeschrittene Wissenschaft.
"Die Größe eines Kaninchenherzens"
„Dieses Herz besteht aus menschlichen Zellen und patientenspezifischen biologischen Materialien. In unserem Prozess dienen diese Materialien als Bioinks, Substanzen aus Zucker und Proteinen, die für den 3D-Druck komplexer Gewebemodelle verwendet werden können “, sagt Prof. Dvir.
Er fährt fort: „In der Vergangenheit ist es den Menschen gelungen, die Struktur eines Herzens in 3D zu drucken, jedoch nicht mit Zellen oder Blutgefäßen. Unsere Ergebnisse zeigen das Potenzial unseres Ansatzes für die Entwicklung eines personalisierten Gewebe- und Organersatzes in der Zukunft. “
Um das Potenzial ihrer Technik zu demonstrieren, haben die Wissenschaftler ein kleines, aber anatomisch präzises Herz mit Blutgefäßen und Zellen geschaffen.
"Zu diesem Zeitpunkt ist unser 3D-Herz klein und so groß wie ein Kaninchenherz", sagt Prof. Dvir. "Aber größere menschliche Herzen erfordern die gleiche Technologie."
Es ist erwähnenswert, dass diese Technologie noch weit davon entfernt ist, Herztransplantationen zu ersetzen. Dies ist nur ein weiterer Schritt auf dem Weg - wenn auch ein ziemlich großer Schritt.
Die entscheidende nächste Aufgabe besteht, wie Prof. Dvir sagt, darin, ihnen beizubringen, sich wie Herzen zu verhalten. Er erklärt, dass sie „das gedruckte Herz weiterentwickeln müssen. Die Zellen müssen eine Pumpfähigkeit bilden; Sie können derzeit Verträge abschließen, aber wir brauchen sie, um zusammenzuarbeiten. “
"Unsere Hoffnung", fährt er fort, "ist, dass wir Erfolg haben und die Wirksamkeit und Nützlichkeit unserer Methode beweisen."
Es liegt noch ein langer Weg vor uns, aber die Forscher sind gespannt, wie weit sie gekommen sind.
"Vielleicht wird es in 10 Jahren Organdrucker in den besten Krankenhäusern der Welt geben, und diese Verfahren werden routinemäßig durchgeführt."
Prof. Tal Dvir
