Volumetrisches Bioprinting von Organoiden zum Aufbau leberähnlicher Stoffwechselorgane
2022
Utrecht University, Utrecht, Niederlande
Die biologischen Funktionen auf Organ- und Gewebeebene sind eng mit den mikroskaligen Zell-Zell-Interaktionen und der übergreifenden Gewebearchitektur verbunden. Gemeinsam bieten Biofabrikations- und Organoidtechnologien das einzigartige Potenzial, lebende Konstrukte in mehreren Größenordnungen zu entwickeln, deren zelluläre Mikroumgebungen durch selbstorganisierte Strukturen von Stammzellen gebildet werden, die in anpassbare biogedruckte Geometrien eingebettet sind. In dieser Studie wird das volumetrische Bioprinting komplexer organoidbeladener Konstrukte vorgestellt, die wichtige Funktionen der menschlichen Leber abbilden. Volumetrisches Bioprinting mittels optischer Tomographie formt mit Organoiden beladene Gelatine-Hydrogele in weniger als 20 s zu komplexen 3D-Strukturen im Zentimeter-Maßstab. Optisch abgestimmte Bioresine ermöglichen die Anpassung des Brechungsindexes an spezifische intrazelluläre Strukturen und wirken den störenden Auswirkungen der zellvermittelten Lichtstreuung auf die Druckauflösung entgegen. Diese schicht- und düsenfreie Technik stellt keine schädlichen mechanischen Belastungen für die Organoide dar, so dass die Lebensfähigkeit und die Morphologie nach dem Druck besser erhalten bleiben. Biologisch gedruckte Organoide durchlaufen eine hepatozytäre Differenzierung mit Albumin-Synthese, leberspezifischer Enzymaktivität und einer bemerkenswerten, nativ-ähnlichen Polarisierung. Organoide, die in Gelatine mit geringer Steifigkeit eingebettet sind, werden im Bioprint-Verfahren zu mathematisch definierten Gittern mit unterschiedlichem Grad an Porenstruktur geformt und unter Perfusion kultiviert. Diese Strukturen fungieren als metabolische Biofabriken, in denen die leberspezifische Ammoniakentgiftung durch das architektonische Profil der Konstrukte verbessert werden kann. Diese Technologie eröffnet neue Möglichkeiten für die regenerative Medizin und die personalisierte Arzneimittelprüfung.
Volumetric bioprinting of organoids and optically tuned hydrogels to build liver-like metabolic biofactories
Riccardo Levato
Eingestellt am: 31.08.2023
[1] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202110054
