Po raz pierwszy zespół badawczy na Uniwersytecie Minnesota Twin Cities zaprezentował przełomowy proces, który łączy drukowanie 3D, biologię komórek macierzystych i hodowlane tkanki do odnowy po uszkodzeniu rdzenia kręgowego.
Badanie zostało niedawno opublikowane w Advanced Healthcare Materials, recenzowanym czasopiśmie naukowym.
Zgodnie z danymi Narodowego Centrum Statystycznego Uszkodzeń Rdzenia Kręgowego, ponad 300 000 osób w Stanach Zjednoczonych cierpi z powodu uszkodzeń rdzenia kręgowego, a jednak nie ma sposobu na całkowitą odwrócenie szkód i paraliżu z powodu urazu. Głównym wyzwaniem jest śmierć komórek nerwowych i niezdolność do odtwarzania nerwowych włókien w miejscu uszkodzenia. Nowe badania podejmują się tego problemu bezpośrednio.
Metoda polega na tworzeniu unikalnej 3D-drukowanej struktury dla hodowlanych organów, nazywanej rusztem organoidalnym, z mikroskopijnymi kanałami. Te kanały są następnie zasiedlane regionowo specyficznymi komórkami macierzystymi rdzeniowymi (sNPCs), które są komórkami pochodzącymi od dorosłych komórek macierzystych ludzkich o zdolności do podziału i różnicowania się w określone typy dojrzałych komórek.
„Wykorzystujemy trójwymiarowe kanały rusztu do kierowania wzrostem komórek macierzystych, co zapewnia, że nowe włókna nerwowe rosną w pożądany sposób,” powiedział Guebum Han, były doktorant mechaniki na Uniwersytecie Minnesota i pierwszy autor artykułu, który obecnie pracuje w Intel Corporation. „Ta metoda tworzy system przekaźnika, który umieszczony w rdzeniu kręgowym omija uszkodzoną strefę.”
W swoim badaniu badacze przeszczepili te ruszty do szczurów z całkowicie przeciętymi rdzeniami kręgowymi. Komórki pomyślnie różnicowały się w neurony i wydłużyły swoje włókna nerwowe w obu kierunkach – ku głowie (rostralnie) i ku ogonowi (kaudalnie) – aby stworzyć nowe połączenia z istniejącymi obwodami nerwowymi gospodarza.
Nowe komórki nerwowe integrowały się płynnie z tkanką rdzenia kręgowego gospodarza, co prowadziło do znacznego poprawy funkcjonalnej u szczurów.
„Medycyna regeneracyjna przyniosła nową erę w badaniach nad uszkodzeniami rdzenia kręgowego,” powiedziała Ann Parr, profesor neurochirurgii na Uniwersytecie Minnesota. „Nasze laboratorium z niecierpliwością oczekuje dalszego badania potencjału naszych 'mini rdzeni kręgowych’ dla translacji klinicznej.”
Mimo że badania są na wczesnym etapie, oferują one nową nadzieję dla osób z uszkodzeniami rdzenia kręgowego. Zespół ma nadzieję zwiększyć produkcję i kontynuować rozwijanie tej kombinacji technologii do przyszłych zastosowań klinicznych.
Oprócz Hana i Parra, zespół składał się z Hyunjuna Kima i Michaela McAlpine’a z Wydziału Mechaniki Uniwersytetu Minnesota; Nicolasa S. Lavoie, Nandadevi Patil i Olivii G. Korenfeld z Katedry Neurochirurgii Uniwersytetu Minnesota; Manuela Esguerry z Katedry Neurobiologii Uniwersytetu Minnesota; oraz Daehy Joung z Katedry Fizyki na Uniwersytecie Virginia Commonwealth.
Praca została sfinansowana przez Narodowe Instytuty Zdrowia, program grantowy Stanu Minnesota na rzecz Uszkodzeń Rdzenia Kręgowego i Pourazowego Uszkodzenia Mózgu oraz Towarzystwo Rdzenia Kręgowego.
Przeczytaj pełny artykuł zatytułowany „Ruszty z druku 3D promują zwiększoną formację organoidalną rdzenia kręgowego do zastosowania w uszkodzeniach rdzenia kręgowego” na stronie Advanced Healthcare Materials.
