Kollagen ist als wichtiger Bestandteil unserer Haut bekannt, doch seine Wirkung ist noch viel größer: Es ist das am häufigsten vorkommende Protein im Körper und verleiht nahezu allen Geweben und Organen Struktur und Halt. Mithilfe der neuartigen 3D-Biodrucktechnik „Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels“ (FRESH), die den Druck weicher lebender Zellen und Gewebe ermöglicht, hat das Feinberg-Labor der Carnegie Mellon University ein einzigartiges mikrophysiologisches System bzw. Gewebemodell vollständig aus Kollagen entwickelt. Dieser Fortschritt erweitert die Möglichkeiten der Forscher, Krankheiten zu erforschen und Gewebe für Therapien wie Typ-1-Diabetes zu entwickeln.
Traditionell wurden winzige Modelle menschlichen Gewebes, die die menschliche Physiologie nachahmen – sogenannte Mikrofluidik-, Organ-on-Chip- oder mikrophysiologische Systeme – aus synthetischen Materialien wie Silikonkautschuk oder Kunststoffen hergestellt, da dies die einzige Möglichkeit war, diese Geräte zu bauen. Da diese Materialien nicht körpereigenen Ursprungs sind, können sie die normale Biologie nicht vollständig nachbilden, was ihre Verwendung und Anwendung einschränkt.
„Jetzt können wir Mikrofluidsysteme in der Petrischale vollständig aus Kollagen, Zellen und anderen Proteinen bauen, mit beispielloser struktureller Auflösung und Genauigkeit“, erklärte Adam Feinberg, Professor für Biomedizintechnik und Materialwissenschaft und -technik an der Carnegie Mellon University. „Vor allem sind diese Modelle vollständig biologisch, was eine bessere Zellfunktion ermöglicht.“
In einer neuen, in Science Advances veröffentlichten Forschungsarbeit demonstriert die Gruppe den Nutzen dieses Fortschritts im FRESH-Bioprinting. Dabei werden komplexere vaskularisierte Gewebe aus rein biologischen Materialien hergestellt, um ein pankreasähnliches Gewebe zu erzeugen, das zukünftig möglicherweise zur Behandlung von Typ-1-Diabetes eingesetzt werden könnte. Dieser Fortschritt im FRESH-Bioprinting baut auf früheren, in Science veröffentlichten Arbeiten des Teams auf und verbessert Auflösung und Qualität, um Flüssigkeitskanäle zu erzeugen, die Blutgefäßen bis zu einem Durchmesser von etwa 100 Mikrometern ähneln.
Diese Technologie wird derzeit von FluidForm Bio , einem Spin-off der Carnegie Mellon University , kommerzialisiert . Co-Autor Dr. Andrew Hudson, Direktor für Gewebetherapie, und sein Team haben bereits im Tiermodell gezeigt, dass sie Typ-1-Diabetes in vivo heilen können. FluidForm Bio plant, in den nächsten Jahren klinische Studien an Patienten zu starten.
