Forskere skaber 3D-printet levende lungevæv

Forskere ved UBC Okanagan har udviklet en 3D-bioprintet model, der nøje efterligner kompleksiteten af naturligt lungevæv – en innovation, der kan transformere, hvordan forskere studerer lungesygdomme og udvikler nye behandlinger.

Lektor Dr. Emmanuel Osei fra Irving K. Barber, Det Naturvidenskabelige Fakultet, siger, at modellen producerer væv, der minder meget om den menneskelige lunges kompleksitet, hvilket kan forbedre testning af luftvejssygdomme og udvikling af lægemidler.

"For at kunne udføre vores forskning og de tests, vi skal udføre, hvor vi studerer mekanismerne bag komplekse lungesygdomme for i sidste ende at finde nye lægemiddelmål, skal vi være i stand til at skabe modeller, der kan sammenlignes med menneskeligt væv," siger han.

Forskerholdet brugte et bioblæk lavet af lysfølsom polymermodificeret gelatine og en polymer kaldet polyethylenglycoldiacrylat til at 3D-printe en hydrogel indeholdende flere celletyper og kanaler for at genskabe den vaskulære struktur i de menneskelige luftveje.

Når hydrogelen er trykt, opfører den sig stort set som den komplekse mekaniske struktur i lungevæv, hvilket forbedrer den måde, vi studerer, hvordan celler reagerer på stimuli.

"Vores mål var at skabe en mere fysiologisk relevant in vitro-model af den menneskelige luftvej," siger Dr. Osei, der også arbejder med UBC's Heart and Lung Innovation Centre. "Ved at integrere vaskulære komponenter kan vi bedre modellere lungemiljøet, hvilket er afgørende for at studere sygdomme og teste lægemidler."

Dr. Osei forklarede, at når en person får diagnosticeret lungekræft, kan en kirurg - med patientens samtykke - fjerne det berørte område sammen med noget normalt lungevæv og donere disse prøver til forskere.

"En forsker har dog ingen kontrol over, hvor meget væv de modtager," forklarer han. "Nogle gange kan det blot være et lille stykke væv, der bringes til laboratoriet og behandles med forskellige kemikalier til testning. Nu kan vi med 3D-bioprintning isolere celler fra disse donorvæv og potentielt genskabe yderligere væv og testprøver for at udføre forskning i vores laboratorier uden at være afhængige af nye donorprøver."

Mange lungesygdomme er i øjeblikket uhelbredelige, herunder kronisk obstruktiv lungesygdom (KOL), astma, idiopatisk lungefibrose og kræft, sagde Dr. Osei. Muligheden for at skabe modeller til testning er et betydeligt skridt fremad inden for forskning i luftvejssygdomme og lægemiddeludvikling.

Undersøgelsen, der er offentliggjort i tidsskriftet Biotechnology and Bioengineering i samarbejde med Mitacs og støttet af Providence Health Care, er et skridt i retning af at forstå aspekter af lungesygdomme såsom ardannelse og betændelse, og kan føre til fremtidige kure mod en række sygdomme.

Artiklen beskrev tests, herunder eksponering af en bioprintet 3D-model for cigaretrøgekstrakt, hvilket gjorde det muligt for forskerne at observere en stigning i proinflammatoriske cytokiner, markører for lungevævets inflammatoriske respons på nikotin.

"Det faktum, at vi var i stand til at skabe denne model og derefter bruge specifikke udløsere, såsom cigaretrøg, til at demonstrere, hvordan modellen reagerer på og efterligner aspekter af lungesygdomme, er et betydeligt skridt fremad i forståelsen af de komplekse mekanismer ved lungesygdomme og vil hjælpe os med at forstå, hvordan vi behandler dem," siger Dr. Osei.

"Vores model er kompleks, men på grund af bioprints reproducerbarhed og optimale natur kan den tilpasses ved at tilføje yderligere celletyper eller celler afledt af specifikke patienter, hvilket gør den til et effektivt værktøj til personlig medicin og sygdomsmodellering."

Dr. Osei bemærker, at det at fortsætte dette arbejde sætter hans forskerteam i en unik position til at samarbejde med kolleger fra organisationer som UBC's Immunobiology Eminence Research Excellence Cluster, biotekvirksomheder og alle, der er interesserede i at udvikle biokunstige modeller.