Laboratory-grown cells 3D printed to form living structures /Le cellule sviluppate da laboratorio con stampante 3D per formare strutture viventi
Scientists have developed a new way to 3D print laboratory-grown cells to form living structures, an advance with the potential to significantly improve regenerative medicine.
The new technique could enable the production of complex tissues and cartilage that would potentially support, repair or augment diseased and damaged areas of the body.
In research published in Scientific Reports, an interdisciplinary team from the Department of Chemistry and the Department of Physiology, Anatomy and Genetics at Oxford University and the Centre for Molecular Medicine at Bristol University, demonstrated how human and animal cells can be printed into high-resolution tissue constructs.
Developing an effective way to 3D-print living tissues has so far proven difficult, particularly since accurately controlling the position of cells in 3D is problematic.
According to Oxford University, the cells often move within printed structures and the soft scaffolding printed to support the cells can collapse on itself. Consequently, it remains a challenge to print high-resolution living tissues.
Now, Prof Hagan Bayley, Professor of Chemical Biology in Oxford’s Department of Chemistry, has led a team that devised a way to produce tissues in self-contained cells that support the structures to keep their shape.
The cells were contained within protective nanolitre droplets wrapped in a lipid coating that could be assembled in layers into living structures. Producing printed tissues in this way improves the survival rate of the individual cells, and allowed the team to improve on current techniques by building each tissue one drop at a time to a more favourable resolution.
To be useful, artificial tissues need to be able to mimic the behaviours and functions of the human body. The method is said to enable the fabrication of patterned cellular constructs, which, once fully grown, mimic or potentially enhance natural tissues.
Dr Alexander Graham, lead author and 3D Bioprinting Scientist at OxSyBio (Oxford Synthetic Biology), said: ‘We were aiming to fabricate three-dimensional living tissues that could display the basic behaviours and physiology found in natural organisms.
“To date, there are limited examples of printed tissues which have the complex cellular architecture of native tissues. Hence, we focused on designing a high-resolution cell printing platform, from relatively inexpensive components, that could be used to reproducibly produce artificial tissues with appropriate complexity from a range of cells including stem cells.”
With further development, the materials could have a wide impact on healthcare worldwide. Potential applications include shaping reproducible human tissue models that could remove the need for clinical animal testing.
The team completed their research last year, and are working on commercialising the technique and making it more widely available. In January 2016, OxSyBio officially spun-out from the Bayley Lab. The company aims to commercialise the technique for industrial and biomedical purposes.
The team will now work on developing new complementary printing techniques, that allow the use of a wider range of living and hybrid materials, to produce tissues at industrial scale.
Dr Sam Olof, CTO at OxSyBio, said: “There are many potential applications for bioprinting and we believe it will be possible to create personalised treatments by using cells sourced from patients to mimic or enhance natural tissue function. In the future, 3D bio-printed tissues could maybe also be used for diagnostic applications – for example, for drug or toxin screening.”
ITALIANO
Gli scienziati hanno sviluppato un nuovo modo per produrre cellule di laboratorio stampate in 3D per formare strutture di vita, un anticipo con il potenziale per migliorare significativamente la medicina rigenerativa.
La nuova tecnica potrebbe consentire la produzione di tessuti e cartilagini complessi che potenzialmente potrebbero sostenere, riparare o ampliare aree malate e danneggiate del corpo.
Nella ricerca pubblicata in Report scientifici, un gruppo interdisciplinare del Dipartimento di Chimica e del Dipartimento di Fisiologia, Anatomia e Genetica dell'Università di Oxford e del Centro di Medicina Molecolare dell'Università di Bristol ha dimostrato come le cellule umane e animali possano essere stampate in alta risoluzione per la costruzione dei tessuti.
Sviluppare un modo efficace per i tessuti vivi di stampa 3D è finora dimostrato essere molto difficile, in particolare perché è difficile controllare accuratamente la posizione delle cellule in 3D.
Secondo l'Oxford University, le cellule spesso si muovono all'interno di strutture stampate e l'impalcatura morbida stampata per supportare le cellule può collassarsi su se stessa. Di conseguenza, rimane una sfida per stampare tessuti viventi ad alta risoluzione.
Ora, Prof Hagan Bayley, professore di biologia chimica nel Dipartimento di Chimica di Oxford, ha condotto un gruppo che ha ideato un modo per produrre tessuti in cellule autosufficienti che sostengono le strutture per mantenere la loro forma.
Le cellule sono state contenute in gocce protettive di volume del nanolitro avvolte in un rivestimento lipidico che potrebbe essere assemblato in strati in strutture vive. La produzione di tessuti stampati in questo modo migliora il tasso di sopravvivenza delle singole cellule e ha permesso al gruppo di migliorare le tecniche attuali, costruendo ogni singolo tessuto una goccia alla volta in una risoluzione più favorevole.
Per essere utile, i tessuti artificiali devono essere in grado di imitare i comportamenti e le funzioni del corpo umano. Il metodo è usato per consentire la fabbricazione di costruzioni cellulari modellate, che, una volta pienamente coltivate, imitano o potenzialmente aumentano i tessuti naturali.
Il dottor Alexander Graham, autore principale del 3D Bioprinting Scientist di OxSyBio (Oxford Synthetic Biology), ha dichiarato: "Volevamo inventare tessuti tridimensionali che potrebbero visualizzare i comportamenti e la fisiologia fondamentali degli organismi naturali.
"Ad oggi esistono esempi limitati di tessuti stampati che hanno la complessa architettura cellulare dei tessuti nativi. Quindi, ci siamo concentrati sulla progettazione di una piattaforma di stampa a cellule ad alta risoluzione, da componenti relativamente poco costosi, che potrebbero essere utilizzati per produrre riproducibilmente tessuti artificiali con una adeguata complessità da una gamma di cellule comprese le cellule staminali ".
Con ulteriore sviluppo, i materiali potrebbero avere un grande impatto sulla salute nel mondo. Le applicazioni potenziali includono la modellazione di modelli di tessuto umano riproducibili che potrebbero eliminare la necessità di test clinici sugli animali.
Il gruppo ha completato la sua ricerca lo scorso anno e sta lavorando a commercializzare la tecnica e renderla più ampia. Nel gennaio 2016, OxSyBio ufficialmente non è più controllata dal Bayley Lab. L'azienda intende commercializzare la tecnica per scopi industriali e biomedici.
Il gruppo ora lavorerà per sviluppare nuove tecniche di stampa complementari, che consentono l'uso di una vasta gamma di materiali vivi e ibridi, per produrre tessuti su scala industriale.
Il dottor Sam Olof, CTO a OxSyBio, ha dichiarato: "Ci sono molte applicazioni potenziali per il bioprinting e crediamo che sarà possibile creare trattamenti personalizzati utilizzando cellule provenienti da pazienti per imitare o migliorare la funzione tissutale naturale. In futuro, i tessuti bio-stampati 3D potrebbero essere utilizzati anche per applicazioni diagnostiche, ad esempio per screening di farmaco o tossina. "
Da:
https://www.theengineer.co.uk/3d-printed-cells/?cmpid=tenews_3798873&adg=B69ABBDE-DA23-4BA2-B8C3-86E1E1A9FA79
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