Biodruk wielowarstwowych tkanek do rekonstrukcji twarzy
Rekonstrukcja twarzy może przynieść korzyści osobom, których rysy zostały fizycznie zmienione w wyniku wypadku, choroby lub przemocy. Procedura ta zazwyczaj obejmuje przeszczepy bardzo złożonych tkanek, których produkcja stanowi wyzwanie nawet dla ekspertów w dziedzinie inżynierii. Jednym z głównych problemów jest optymalny dopływ krwi. Większość tkanek w ludzkim ciele opiera się na złożonej hierarchii struktur naczyniowych, która umożliwia odżywianie komórek i usuwanie odpadów. Przeszczepy muszą posiadać odpowiednią liczbę tętnic, żył i naczyń włosowatych, aby zapewnić niezbędną wymianę gazów i składników odżywczych, co umożliwia przyjęcie tkanki przez organizm i jej przeżycie. „Wyzwaniem jest stworzenie naczyń krwionośnych funkcjonujących w różnych skalach, które będą całkowicie zintegrowane z tkanką i zapewnią jej odżywienie”, wyjaśnia Shulamit Levenberg(odnośnik otworzy się w nowym oknie), profesorka w Izraelskim Instytucie Technicznym Technion. „Bez unaczynienia tkanka nie otrzyma niezbędnego tlenu i składników odżywczych, w efekcie czego komórki ulegną obumarciu”, dodaje badaczka. Chociaż udało się z powodzeniem odtworzyć elementy twarzy, takie jak kości, skóra i mięśnie, dotychczas nie opracowano kompozytowych, wielowarstwowych tkanek miękkich twarzy. W ramach projektu VesselNet(odnośnik otworzy się w nowym oknie), finansowanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie), Levenberg i jej współpracownicy pracowali nad dalszą optymalizacją procedury, która rozwiązuje problemy związane z tkanką kompozytową twarzy. Podejście to pozwala na wytworzenie sieci naczyniowej in vitro przed przeszczepem, co umożliwia uzyskanie grubszych tkanek i zwiększa szanse ich skuteczności w transplantacji.
Biodrukowanie tkanki kompozytowej
W ramach projektu zespół opracował technikę polegającą na biodruku tkanki w taki sposób, aby przed przeszczepem miała ona już naczynia krwionośne. Dotyczy to dużych naczyń łączących się z tętnicami i żyłami oraz małej sieci naczyń włosowatych, która jest połączona z dużymi naczyniami. Celem projektu było stworzenie funkcjonalnej sieci naczyniowej in vitro, opracowanie grubych tkanek kompozytowych oraz ich integracja w rekonstrukcji defektów twarzy.
Rozwój wielowarstwowego systemu naczyniowego
Badacze z powodzeniem wydrukowali wielowarstwową tkankę miękką i kostną z układem naczyniowym w różnych skalach, funkcjonującym w warunkach ciągłego przepływu. Wyniki projektu zostały opublikowane w serii recenzowanych czasopism. Nowy wielowarstwowy system naczyniowy wykorzystuje różne polimery formowane w kształt naczyń krwionośnych i ułożone w sposób hierarchiczny. Żywe tkanki z naczyniami włosowatymi wytworzono przy użyciu ludzkiego kolagenowego bioatramentu, a naczynia włosowate połączono z kiełkującymi naczyniami wychodzącymi z większych naczyń krwionośnych. Taka budowa systemu pozwala na ciągły przepływ krwi w całej tkance. Następnie badacze wykorzystali otrzymane tkanki w modelach zwierzęcych do naprawy dużych ubytków w kościach, mięśniach i tkance tłuszczowej. „Przeprowadziliśmy eksperymenty na małych i dużych zwierzętach w ramach badań przedklinicznych” mówi Levenberg, koordynatorka projektu VesselNet. Podejście opracowane w ramach projektu VesselNet może w przyszłości umożliwić powstanie dopasowanych, laboratoryjnie hodowanych tkanek, które odpowiadałyby na specyficzne potrzeby pacjentów.
Postępy w chirurgii rekonstrukcyjnej
Grube tkanki kompozytowe tworzone przez badaczy z projektu VesselNet mogą mieć znaczący wpływ na chirurgię rekonstrukcyjną. Zarówno sam proces, jak i wytworzone tkanki pozwolą pogłębić naszą wiedzę na temat mechanizmów leżących u podstaw organizacji tkanek. Zespół ma teraz nadzieję na dalszy rozwój badań i stara się o dotację, aby przejść do badań klinicznych. Ostatecznym celem jest naprawa dużych ubytków w tkankach u ludzi po urazach, uszkodzeniach lub operacjach usunięcia tkanki nowotworowej. „Kontynuujemy optymalizację procedur, w tym nowych metod drukowania i ulepszonych bioreaktorów do hodowli tkanek, i mamy nadzieję jak najszybciej przejść do fazy badań klinicznych”, podsumowuje Levenberg.
