Ученые биопечать трубчатую трехмерную почечную архитектуру, которая воспроизводит функции почек

Для достижения конечной цели разработки человеческих тканей и органов, которые могут имитировать естественные функции для использования в скрининге лекарств, моделировании заболеваний и регенеративной медицине, команда Института Висса во главе с членом основного факультета Дженнифер Льюис, научным сотрудником.D., сделал еще один фундаментальный прогресс, используя трехмерную (3D) биопечать.

Эта работа основана на их продемонстрированной способности биопечать тканевые конструкции, состоящие из нескольких типов живых клеток, образующихся вместе с сосудистой сетью во внеклеточном матриксе. Команда Wyss также ранее показала, что эти конструкции можно масштабировать для создания толстых, васкуляризированных тканевых конструкций, сохраняющих жизнеспособность более месяца in vitro. Теперь, в тесном сотрудничестве с ученым Roche Энни Мойзан, они использовали свои знания в области биопечати и материалов для создания функциональной трехмерной почечной архитектуры, содержащей живые эпителиальные клетки человека, которые выстилают поверхность канальцев в почках. Исследование опубликовано в Интернете в журнале Scientific Reports.

"Текущая работа еще больше расширяет нашу платформу биопечати для создания функциональных архитектур тканей человека, имеющих как технологическое, так и клиническое значение," сказал Льюис, который также является профессором Hansjörg Wyss по биологической инженерии в Гарварде Джон А. Школа инженерии и прикладных наук Полсона.

Трехмерная почечная архитектура, созданная командой Льюиса, имитирует проксимальный каналец, полую змеевидную трубку, которая является неотъемлемой частью каждого нефрона. Каждая почка человека имеет более миллиона нефронов, которые выполняют жизненно важную функцию переноса компонентов между кровью и мочой. Внутри извилин проксимальных канальцев нефрона 65-80% питательных веществ реабсорбируются и транспортируются из почечного фильтрата обратно в кровоток. Таким образом, трехмерная почечная архитектура, полученная с помощью биопечати, воспроизводит очень маленькую, но важную субъединицу целой почки.

Команда Льюиса достигла этого прогресса, адаптировав свой более ранний подход к биопечати живых клеток для формирования толстых тканей. Используя настраиваемую силиконовую прокладку, напечатанную на 3D-принтере, в качестве формы, они начинают с создания инженерного внеклеточного матрикса в качестве базового слоя. Далее "беглые чернила" (который в конечном итоге сжижается и удаляется из окончательной архитектуры) печатается в извилистой извилистой трубчатой ​​форме, аналогичной структуре естественных проксимальных канальцев почек. Затем этот отпечатанный элемент инкапсулируется другим слоем внеклеточного матрикса.

Наконец, вся конструкция охлаждается, летучие чернила удаляются, и в результате получается открытый каналец, внедренный во внеклеточный матрикс. Одно входное и выходное отверстие на противоположных концах канальца сначала перфузируется средой для роста клеток, а затем клетками проксимальных канальцев человека, которые быстро начинают прилипать к слизистой оболочке открытого канала. В конце концов, эти клетки ориентируются в плотно упакованный монослой, который выстилает всю длину трехмерной почечной архитектуры и действует как клеточный барьер между внутренним просветом канальца и внеклеточным матриксом снаружи. Питательные вещества, которые проникают в канальцы через вход и выход, питают живые клетки и поддерживают их жизнь и функциональность более двух месяцев. По мере созревания клеток трехмерная почечная архитектура начинает выполнять те же важные функции, что и проксимальный каналец природного нефрона. Лекарства или другие факторы можно прокачивать через трехмерную почечную архитектуру для исследования их нефротоксичности и общего воздействия на клетки проксимальных канальцев.

Соавторы исследования Кимберли Хоман, Ph.D., научный сотрудник Wyss Research и Дэвид Колески, доктор философии.D., научный сотрудник Wyss Postdoctoral, подчеркивают, что наиболее захватывающим аспектом работы является то, что, помимо имитации формы проксимального канальца почки, это достоверная модель in vitro, которая функционирует как живая ткань почек и представляет собой значительный прогресс по сравнению с традиционными двумерными клетками. культура. Команда приложила большие усилия для описания структуры и биологической функции модели.

В результате их подход в один прекрасный день может быть расширен и преобразован в имплант или органосохраняющее устройство. В ближайшем будущем он может предложить клиницистам ориентированный на пациента инструмент для оценки вариантов лечения или диагностики заболеваний, а также дать фармацевтической промышленности мощный способ определить, как лекарства влияют на здоровье и функцию нефронов почек.

"Использование функциональных тканеподобных моделей во время доклинических исследований обеспечит беспрецедентное понимание реакции на лекарственные препараты, релевантные для человека, до клинической разработки," сказал Мойзан, руководитель лаборатории механической безопасности в Roche и автор этого исследования.

Как производственная платформа, подход является гибким, масштабируемым и адаптируемым, а это означает, что в дополнение к работе над более крупными почечными конструкциями команда также планирует изучить развитие других типов сложных функциональных тканей и органов человека.

"Первоначально мы нацелены на эту почечную архитектуру, потому что почка представляет собой такую ​​насущную клиническую потребность во всем мире," сказал Льюис. "Хотя до сих пор мы просто продемонстрировали функционирующую субъединицу в почке, мы активно расширяем масштаб метода и его сложность, чтобы обеспечить возможность применения в будущем in vivo."

"Это достижение Дженнифер и ее командой в области 3D-печати живых тканей, воспроизводящих важнейшие функции органов, открывает новый путь к системам инженерных моделей для разработки лекарств, а также для создания более функциональных экстракорпоральных устройств и имплантатов целых органов в будущем," сказал Дональд Ингбер, M.D., Ph.D., Директор-основатель Института Висса, профессор биологии сосудов Гарвардской медицинской школы и Бостонской детской больницы Джуда Фолкман и профессор биоинженерии SEAS.

PHOTOINTERVIEW.RU