Bio-Engineers Temukan metode baru untuk 3-D Cetak Hati Embrionik, Arteri Koroner

Sementara pencetakan 3-D telah ada selama beberapa dekade terakhir, sebagian besar dokter sejauh ini menggunakan teknologi untuk mereplikasi model manusia khusus dengan bahan keras untuk memfasilitasi perencanaan bedah. Tetapi di laboratorium di seluruh dunia, para ilmuwan bekerja untuk mempromosikan metode pencetakan bahan lunak untuk penelitian, dan suatu hari merancang organ khusus untuk pasien yang membutuhkan transplantasi.

Adam Fienberg, seorang profesor bio-engineering dan ilmu material di Carnegie Mellon University, adalah salah satu ilmuwan yang mendorong batas dalam pencetakan 3-D. Dalam edisi 23 Oktober jurnal Kemajuan SainsTelah menerbitkan tim detail Feinberg tentang metode baru yang melibatkan collandel cetak 3D dalam gel lain yang membantu mendukungnya. Untuk studi mereka, mereka menggunakan printer 3-D open source untuk membuktikan metode ini, dan menunjukkan bahwa teknik ini membantu arteri koroner cetak 3-D dan hati embrionik.

“Kami terinspirasi oleh Jell-O,” Feinberg, penulis utama penelitian ini, mengatakan kepada FoxNews.com tentang teknik ini. “Jika Anda telah melihat buah di Jell-O, Anda bisa menghargai hal-hal Jell-O di dalamnya. Kami ingin menghasilkan sesuatu seperti bentuk Jell-O di mana kami bisa mendorong sesuatu di dalam. ‘

Meskipun ide untuk tekanan bahan lunak selalu berada di garis depan pikiran para ilmuwan, sangat sulit untuk memiliki cara yang efektif untuk melakukan tugas. Ini karena, berbeda dengan tekanan 3D, bahan keras yang mempertahankan bentuknya saat menyentuh bahan lunak tekanan-3D melibatkan satu lapisan ditempatkan dan lapisan lain di atas, sedangkan bagian bawah, yang dapat ditempa, ditempatkan dengan sempurna.

Tim Feinberg menemukan cara untuk menggunakan hambatan itu dengan menggunakan apa yang mereka sebut ‘mandi dukungan’, dari gelatin -mist, yang merupakan semi -final. Suspensi ini mengandung partikel gel mikro yang bersama-sama bertindak seperti pasir basah dalam kemampuan mereka untuk menghubungi objek yang mereka hubungi. Dengan kata lain, solusinya berperilaku seperti cairan saat Anda memindahkannya, tetapi seperti padatan jika tidak.

Para peneliti mengisi petristed dengan bak pendukung, menjatuhkan jarum suntik di dalam dan mulai mendorong bahan lunak 3-D seperti kolagen dan fibrin, yang mirip dengan komponen biologis.

“Apa yang bisa kami lakukan adalah menciptakan banyak bukti konsep, dan pada dasarnya menunjukkan bahwa kami dapat menciptakan hal -hal seperti perancah untuk pembuluh darah,” kata Feinberg. “Ini penting karena kapal -kapal itu diblokir selama serangan jantung, dan saat ini tidak ada cara yang baik untuk memperbaikinya.”

Penyakit jantung adalah pembunuh terkemuka di dunia dan bertanggung jawab atas satu dari empat kematian di Amerika Serikat setiap tahun, menurut Pusat Pengendalian dan Pencegahan Penyakit (CDC). Pilihan pengobatan primer untuk penyakit ini termasuk obat-obatan dan operasi bedah dan non-bedah. Dalam kasus yang parah, pasien mungkin memerlukan transplantasi jantung, yang tergantung pada ketersediaan organ donor yang sesuai.

Dengan metode baru mereka, tim Feinberg menunjukkan konsep yang sama untuk hati embrionik. Dia mengatakan mereka mengejar gagasan belajar bagaimana menumbuhkan bagian dari hati manusia untuk mengembalikan kerusakan pada organ – pencapaian yang dia harapkan akan dicapai oleh para ilmuwan dalam dekade berikutnya, tetapi yang tidak dapat diterapkan dalam lingkungan klinis tanpa persetujuan dari Food and Drug Administration (FDA).

“Ada banyak bagian yang bergerak,” kata Feinberg. “Apa yang kami bangun adalah alat untuk membangun jaringan, tetapi kami juga membutuhkan sel yang tepat untuk dimasukkan ke sana. Biologi sel induk harus membangun sel yang tepat dari mana kami dapat membangun sel jantung manusia yang besar untuk ditempatkan di perancah. ‘

Christine Mummery, Profesor Biologi Pembangunan dan Ketua Departemen Anatomi dan Embriologi di Leiden University Medical Center di Belanda, mempelajari cara mengubah sel induk menjadi sel otot jantung. Suatu hari penelitiannya dapat membantu para ilmuwan untuk menguji bagaimana kinerja obat -obatan tertentu pada orang dengan gangguan genetik. Namun sejauh ini, timnya hanya menggunakan pencetakan 2-D, yang menjaga sel-sel dalam keadaan belum matang, yang memperumit pemodelan penyakit jantung yang realistis.

“Kami percaya bahwa jika kami menempatkan mereka dalam 3-D dan membiarkan mereka berada dalam semacam kekosongan dan meregangkannya, maka mereka dapat menjadi lebih seperti sel dewasa,” Mummery, yang tidak terlibat dalam penelitian Feinberg saat ini, mengatakan kepada FoxNews.com. “Ini (perbedaan) adalah apa yang mungkin dicapai Adam (Feinberg).”

Jordan Miller, asisten profesor bio -engineering yang berspesialisasi dalam bioprinting di Rice University, yang juga tidak terlibat dalam penelitian ini, yang disebut metode “menarik” Feinberg.

“Mereka benar -benar dapat melakukan hal -hal yang tidak dapat Anda lakukan dengan melelehkan program tamasya atau inkjet dan stereolitografi,” kata Miller kepada FoxNews.com. “Mereka tidak hanya membuat struktur yang sulit atau tidak mungkin dibuat, dan bahwa metode ini tidak dapat melakukannya, tetapi mereka melakukannya dengan bahan yang tidak bekerja terlalu baik dengan metode.”

“Pekerjaan ini mengambil langkah yang sangat penting dalam menunjukkan kemampuan untuk menghasilkan beberapa arsitektur rumit yang ditemukan di dalam tubuh,” tambahnya, “dan kami akan sangat bersemangat untuk melihat apakah struktur ini dapat memiliki ketahanan mekanik yang sama dan integritas serta fungsi jaringan seperti yang disusun.”

Feinberg mengharapkan metode pemandian dukungan timnya diterapkan dalam dua tahun ke depan untuk penciptaan jaringan otot jantung manusia yang dapat diuji terhadap kedokteran eksperimental. Standar untuk persetujuan FDA hari ini melibatkan obat pertama kali dipilih dalam hewan pengerat, tetapi bagaimana tikus merespons obat bukanlah prediksi bagaimana mereka akan bertindak pada manusia.

“Alasan nomor satu (obat) gagal dalam studi adalah karena toksisitas terhadap jantung dan hati, jadi jika Anda dapat memilihnya sebelum uji klinis, Anda mungkin mengetahui lebih cepat jika akan ada efek samping, dan jika itu akan layak sebagai terapi pada manusia,” katanya.

Feinberg menunjukkan bahwa strategi tersebut dapat digunakan untuk membantu para ilmuwan mengidentifikasi hubungan antara sifat koroner tertentu dan reaksi obat yang merugikan dalam kelompok yang luar biasa. Misalnya, beberapa jenis kemoterapi sangat beracun sampai -sampai pasien membutuhkan transplantasi jantung. Meskipun efek ini hanya terjadi pada persentase kecil dari populasi, dokter dapat mengidentifikasi kelompok seperti ini, tetapi mereka dapat meningkatkan strategi pengobatan mereka.

“Dalam hal apakah kita akan pernah membuat hati untuk transplantasi, itu masih jauh,” kata Mummery, ilmuwan sel induk di Leiden University. ‘Tetapi dengan sains, ini bukan hasil akhirnya; Inilah yang Anda kembangkan dan apa yang Anda pelajari. ‘