Funkční bioprintované páteřní disky nabízejí novou naději na porozumění a léčbu bolesti zad

Vědci z University of Manchester úspěšně propagovali způsob, jak vytvořit fungující lidské páteřní disky s cílem revolucionizovat naše chápání bolesti zad a degenerace disku v skoku pro lékařskou vědu.

Výzkum vedený Dr. Matthew J. Kibble použil nejmodernější techniku ​​3D tisku s názvem Bioprinting k replikaci Komplexní struktura a prostředí lidských páteřních disků.

Ve studii zveřejněné v časopise Acta Biomaterialia, odhalují, že tkáňová tuhost a hladina kyslíku významně ovlivňují produkci životně důležitých biologické materiályvčetně kolagenu a kyseliny hyaluronové, lidskými diskovými buňkami.

Poznatky by nakonec mohly vést k nové léčbě bolesti zad, což je stav ovlivňující stovky milionů lidí po celém světě.

Bioprinting je špičková technika, která používá živé buňky a biologické materiály k vytvoření komplexních 3D struktur, které přesně napodobují strukturu lidských orgánů.

Nové bioprintované disky umožní vědcům studovat, jak různé podmínky ovlivňují chování diskových buněk a přispívají k degeneraci tkání a bolesti zad.

Většina bioprinterů pracuje podobně jako plastové 3D tiskárny, vytahuje materiál přes trysku pod tlakem na stavbu struktur.

Nicméně, spíše než tisk plastů, bioprintery používají buňky a gelové inkousty vyrobené z materiálů přátelských k buňkám, jako je kolagen, celulóza nebo želatina.

Vědci připravili buňky a materiály potřebné pro bioprinting a navrhli digitální model lidského páteřního disku. Pro tuto studii byly bioprintované disky vyrobeny z gelů obsahujících kolagen v kombinaci s alginátem, proteinem odvozeným z mořských řas.

Používali nejmodernější 3D bioprintery schopné ukládat více typů buněk a materiálů, vrstvy po vrstvě, k vytvoření sofistikovaných modelů, kde by mohly být modelovány různé biologické, chemické a mechanické vlastnosti lidského disku.

Bioprintované tkáně byly poté uloženy v kontrolovaných podmínkách, aby mohly růst, zrající a rozvíjet své biologické funkce.

Dr. Stephen M. Richardson z University of Manchester, odpovídající autor studie, řekl: „Tato práce představuje krok k automatizovanému vytváření realistických modelů celého orgánu a přibližuje nás k porozumění hlavním příčin degeneraci disku.

„Naše zjištění poskytují důležité vhled do faktorů, které řídí degeneraci disku a připravují cestu pro rozvoj účinnějších regeneračních terapií, například začleněním kmenových buněk.“

Bioprinting se používá k výrobě modelů různých tkání, včetně kůže, mozku, nervu a srdce, ledvin a nádoru.

Plně funkční orgány tkáně jsou však stále desetiletí; Aktuální modely se většinou používají k zkoumání biologických procesů v laboratoři, ale mohou působit jako náhrada za laboratorní zvířata.

V rámci svého Ph.D. Výzkum na University of Manchester, Dr. Kibble vyvinul bioprintované disky, aby prozkoumal dopad tuhosti tkáně na dva typy buněk které obývají různé části dospělých páteřních disků: buňky jádra pulposus a prstence fibrosus.

U budoucích diskových modelů vědci plánují začlenit buňky nalezené ve zdravých, mladých vyvíjejících se discích, spolu s kmenovými buňkami nebo genově editovanými buňkami, aby vytvořili ještě pokročilejší modely zdraví a nemoci. To jim umožní pochopit, jak se vytváří zdravá tkáň a zda lze kmenové buňky použít k produkci zdravé tkáně a léčbu bolesti zad.

Dr. Kibble řekl: „Více než 600 milionů lidí na celém světě trpí bolestí dolních zad. Naše bioprintované modely meziobratlových disků jsou vzrušující příležitostí k informování lepších regenerativních terapií.

„Náš výzkum ukázal, že ztuhlost tkáně a Hladiny kyslíku mají významný dopad na výrobu životně důležitých biologických materiálů.

„Došlo k mnoha pokusům o inženýrství disků, abychom mohli porozumět jejich biologii a vyvinout modely pro testování různých terapií nebo jejich přesazování na zvířata. Ale stejně jako velmi obtížné je to také velmi časově náročné.

„Naše práce nám umožňuje vyrábět biologicky funkční diskové modely v měřítku a umožní nám zoufale potřebné pokroky v našem chápání nemoci na disku.“