Da li je moguće uzgajati tkivo u laboratoriji, na primer za zamenu povređene hrskavice? U Tehnološkom univerzitetu u Beču (TU Beč), sada je napravljen važan korak ka stvaranju zamenskog tkiva u laboratoriji — korišćenjem tehnike koja se značajno razlikuje od drugih metoda koje se koriste širom sveta. Studija je objavljena u Acta Biomaterialia.
Poseban proces 3D štampanja visoke rezolucije koristi se za stvaranje sićušnih, poroznih sfera napravljenih od biokompatibilne i razgradive plastike, koje se zatim koloniziraju ćelijama. Ovi sferoidi se zatim mogu rasporediti u bilo kojoj geometriji, a ćelije različitih jedinica se besprekorno kombinuju da bi formirale jednoobrazno, živo tkivo. Tkivo hrskavice, sa kojim je koncept sada demonstriran na Tehnološkom univerzitetu u Beču, ranije se smatralo posebno izazovnim u ovom pogledu.
„Kultivacija ćelija hrskavice iz matičnih ćelija nije najveći izazov. Glavni problem je što obično imate malo kontrole nad oblikom nastalog tkiva“, kaže Oliver Kopinski-Grunvald sa Instituta za nauku o materijalima i tehnologiju na TU Beč, jedan autora tekuće studije. „To je takođe zbog činjenice da takve nakupine matičnih ćelija menjaju svoj oblik tokom vremena i često se smanjuju.“
Da bi se ovo sprečilo, istraživački tim u TU Beč radi sa novim pristupom: specijalno razvijeni sistemi za 3D štampanje visoke rezolucije zasnovani na laseru koriste se za kreiranje sićušnih struktura nalik kavezu koje izgledaju kao mini fudbal i imaju prečnik od samo trećinu od milimetra. Oni služe kao potporna struktura i formiraju kompaktne građevne blokove koji se zatim mogu sastaviti u bilo koji oblik.
Matične ćelije se prvo uvode u ove mini kaveze u obliku fudbala, koji brzo potpuno ispunjavaju mali volumen. „Na ovaj način možemo pouzdano proizvesti elemente tkiva u kojima su ćelije ravnomerno raspoređene i gustina ćelija je veoma visoka. To ne bi bilo moguće sa prethodnim pristupima“, objašnjava prof. istraživačka grupa na TU Beč.
Savršeno rastu zajedno
Tim je koristio diferencirane matične ćelije – to jest, matične ćelije koje se više ne mogu razviti u bilo koju vrstu tkiva, ali su već unapred određene da formiraju specifičnu vrstu tkiva, u ovom slučaju hrskavično tkivo. Takve ćelije su posebno zanimljive za medicinsku primenu, ali je izgradnja većeg tkiva izazovna kada su u pitanju ćelije hrskavice. U tkivu hrskavice, ćelije formiraju veoma izražen ekstracelularni matriks, mrežastu strukturu između ćelija koja često sprečava različite ćelijske sferoide da rastu zajedno na željeni način.
Ako su 3D štampani porozni sferoidi kolonizovani ćelijama na željeni način, sferoidi se mogu rasporediti u bilo kom željenom obliku. Sada je ključno pitanje: da li se ćelije različitih sferoida takođe kombinuju da bi formirale jednolično, homogeno tkivo?
„To je upravo ono što smo sada prvi put mogli da pokažemo“, kaže Kopinski-Grunvald. „Pod mikroskopom možete videti veoma jasno: susedni sferoidi rastu zajedno, ćelije migriraju sa jednog sferoida na drugi i obrnuto, spajaju se besprekorno i rezultiraju zatvorenom strukturom bez ikakvih šupljina — za razliku od drugih metoda koje su primenjene. korišćeni do sada, u kojima vidljivi interfejsi ostaju između susednih ćelija ćelija.“
Male 3D štampane skele daju celokupnoj strukturi mehaničku stabilnost dok tkivo nastavlja da sazreva. U periodu od nekoliko meseci plastične strukture degradiraju, jednostavno nestaju, ostavljajući za sobom gotovo tkivo u željenom obliku.
Prvi korak ka medicinskoj primeni
U principu, novi pristup nije ograničen na hrskavično tkivo, već bi se mogao koristiti i za prilagođavanje različitih vrsta većih tkiva kao što je koštano tkivo. Međutim, još uvek ima nekoliko zadataka koje treba rešiti usput — na kraju krajeva, za razliku od tkiva hrskavice, krvni sudovi bi takođe morali da budu ugrađeni za ova tkiva iznad određene veličine.
„Početni cilj bi bio da se proizvedu mali, prilagođeni komadi hrskavičnog tkiva koji se mogu umetnuti u postojeći hrskavični materijal nakon povrede“, kaže Oliver Kopinski-Grunvald. „U svakom slučaju, sada smo uspeli da pokažemo da naš metod za proizvodnju tkiva hrskavice pomoću sfernih mikro skela funkcioniše u principu i ima odlučujuće prednosti u odnosu na druge tehnologije.
