Hodowanie funkcjonalnych tkanek biosyntetycznych
Opracowanie biofunkcjonalnej tkanki naśladującej skórę wymaga odpowiedniego unaczynienia zapewniającego właściwe odżywienie i utlenienie komórek. W ramach finansowanego ze środków UE projektu ARTIVASC 3D (Artificial vascularized scaffolds for 3D-tissue-regeneration) wyhodowano w pełni unaczynioną tkankę zbudowaną z warstwy tłuszczu, skóry właściwej i naskórka. Do budowy rusztowania i naczyń krwionośnych wykorzystano najnowocześniejsze technologie, takie jak drukowanie w skali mikro, polimeryzacja wielofotonowa w skali nano czy elektroprzędzenie. Wraz z badaniami nad biochemiczną modyfikacją powierzchni i hodowlą komórek złożonych umożliwia to rozwój odpowiednich prototypów przy udziale zautomatyzowanej i ustandaryzowanej technologii produkcyjnej. W początkowej fazie projektu opracowano specyfikację rusztowania naczyniowego i zdefiniowano rodzaj materiału, bioreaktor i budowę rusztowania. Po przebadaniu ponad 40 materiałów o różnym składzie wyłoniono grupę materiałów o pożądanej biokompatybilności, elastyczności i lepkości. Naukowcy z powodzeniem zakończyli badania cytokompatybilności 18 różnych materiałów, przy czym przynajmniej jeden materiał z każdej grupy przeszedł pomyślnie testy cytotoksyczności. Uczestnicy projektu stworzyli stanowisko do badań dyfuzji celem wykonania optymalnego modelu rusztowań z hydrożelu. Do zaprojektowania i optymalizacji sztucznego układu naczyniowego w 3D wykorzystano metody obliczeniowej mechaniki płynów i projektowania wspomaganego komputerowo. Równocześnie partnerzy projektu opracowali technikę „odwrotnego elektroprzędzenia”, która umożliwia wytwarzanie grubszych siatek w krótszym czasie. Materiał hydrożelowy wytworzony metodą elektroprzędzenia wykazywał dobre właściwości adhezyjne i był łatwy w obróbce podczas testów. Badania na modelach mysich wykazały, że do sztucznego rusztowania mogą zostać wprowadzone komórki naczyniowe i tłuszczowe. Z powodzeniem wytworzono preadipocytowe, trójwymiarowe sferoidy komórkowe oraz opracowano metody zwiększania biofunkcjonalności. Partnerzy udowodnili również, że sztuczna tkanka trójwarstwowa posiada charakterystykę podobną do naturalnej tkanki. W trakcie doświadczeń przeprowadzonych w końcowej fazie projektu udało się stworzyć rozgałęzione struktury naczyniowe w tkance tłuszczowej utrzymujące otaczające je komórki przy życiu przez kilka dni. Wyniki uzyskane w trakcie projektu zbliżają bioinżynierów do stworzenia w pełni unaczynionych i biofunkcjonalnych sztucznych rusztowań naśladujących prawdziwą skórę. Jest to niezwykle ważne dla sektora biomedycznego i farmaceutycznego oraz zapewnia zgodność z dyrektywami UE dotyczącymi zmniejszenia skali lub całkowitego zastąpienia badań na zwierzętach alternatywnymi metodami.
Słowa kluczowe
Tkanka biosyntetyczna, unaczynienie, ARTIVASC 3D, rusztowanie naczyniowe, model tkanki trójwarstwowej
