Inżynierowie biomedyczni z Uniwersytetu w Melbourne opracowali system drukowania 3D, czyli biodrukarkę, zdolną do wytwarzania struktur, które ściśle naśladują różnorodne tkanki ludzkiego ciała, od miękkiej tkanki mózgowej po twardsze materiały, takie jak chrząstka i kości.
Ta najnowocześniejsza technologia oferuje badaczom nowotworów zaawansowane narzędzie do replikacji określonych narządów i tkanek, znacznie zwiększając potencjał przewidywania i opracowywania nowych terapii farmaceutycznych. Utorowałoby to drogę do bardziej zaawansowanego i etycznego odkrywania leków poprzez ograniczenie konieczności przeprowadzania testów na zwierzętach.
Kierownik laboratorium Collins BioMicrosystems na Uniwersytecie w Melbourne, profesor nadzwyczajny David Collins, powiedział: „Oprócz drastycznej poprawy szybkości drukowania, nasze podejście umożliwia pewne pozycjonowanie komórek w drukowanych tkankach. Nieprawidłowe pozycjonowanie komórek jest główną przyczyną awarii większości biodrukarek 3D w celu wytworzenia struktur dokładnie odzwierciedlających ludzką tkankę.
„Tak jak samochód wymaga precyzyjnego ułożenia elementów mechanicznych, aby zapewnić prawidłowe działanie, tak też komórki w naszych tkankach muszą być prawidłowo zorganizowane. Obecne biodrukarki 3D zależą od naturalnego ułożenia komórek bez wskazówek, co wiąże się ze znacznymi ograniczeniami.
„Z drugiej strony nasz system wykorzystuje fale akustyczne generowane przez wibrującą bańkę do pozycjonowania komórek w strukturach wydrukowanych w 3D. Metoda ta zapewnia niezbędną przewagę komórkom, aby rozwinęły się w złożone tkanki występujące w ludzkim ciele”.
Większość dostępnych na rynku biodrukarek 3D opiera się na powolnym procesie wytwarzania, warstwa po warstwie, co stwarza kilka wyzwań. Zakończenie tej metody może zająć wiele godzin, zagrażając żywotności żywych komórek podczas procesu drukowania. Ponadto po wydrukowaniu struktury komórkowe należy ostrożnie przenieść na standardowe płytki laboratoryjne w celu analizy i obrazowania – jest to delikatny krok, który stwarza ryzyko naruszenia integralności tych delikatnych struktur.
Zespół badawczy Uniwersytetu w Melbourne wywrócił bieżący proces do góry nogami, opracowując wyrafinowany system oparty na optyce, eliminując potrzebę stosowania podejścia warstwa po warstwie.
Innowacyjna technika wykorzystuje wibrujące bąbelki do wydrukowania w 3D struktur komórkowych w ciągu zaledwie kilku sekund, czyli około 350 razy szybciej niż tradycyjne metody i umożliwia naukowcom dokładne replikowanie ludzkich tkanek z rozdzielczością komórkową.
Radykalnie skracając czas drukowania 3D i drukując bezpośrednio na standardowych płytkach laboratoryjnych, zespołowi udało się znacznie zwiększyć przeżywalność komórek, eliminując jednocześnie potrzebę fizycznej obsługi. Zapewnienie, że drukowane struktury pozostaną nienaruszone i sterylne przez cały proces.
Doktorant Callum Vidler, główny autor tej pracy, powiedział, że przełomowa technologia już wzbudziła zainteresowanie w sektorze badań medycznych.
„Biolodzy dostrzegają ogromny potencjał biodruku, ale do tej pory ograniczał się on do zastosowań o bardzo małej wydajności” – powiedział. „Opracowaliśmy naszą technologię, aby wypełnić tę lukę, oferując znaczny postęp w szybkości, precyzji i spójności. Tworzy to kluczowy pomost między badaniami laboratoryjnymi a zastosowaniami klinicznymi.
„Jak dotąd nawiązaliśmy współpracę z około 60 badaczami z takich instytucji, jak Peter MacCallum Cancer Centre, Harvard Medical School i Sloan Kettering Cancer Centre, a opinie były w przeważającej mierze pozytywne”.