Harvard-Wissenschaftler erstellen ein 3D

Harvard

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Die 3D-Drucktechnologie verändert bereits die Art und Weise, wie wir Dinge produzieren. Wir eröffnen eine Welt grenzenloser Möglichkeiten und verfügen jetzt über das größte 3D-gedruckte Gebäude in Florida und sogar über eine 3D-gedruckte Nachbildung des Lamborghini Aventador SV.

Im medizinischen Bereich haben Wissenschaftler in den letzten Jahren 3D-gedruckte Teile von Herzstrukturen und sogar biogedruckte 3D-Modelle des menschlichen Herzens in voller Größe erstellt, die einen großen Schub bei den Bemühungen darstellen, neue Behandlungsmethoden für Herzerkrankungen zu finden Todesursache in den USA

Und jetzt haben Forscher der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) laut einem neuen veröffentlichten Artikel eine neue Hydrogeltinte mit Gelatinefasern entwickelt und damit eine funktionelle Herzkammer in 3D gedruckt, die nachahmt, wie a Das menschliche Herz schlägt.

Die mit Fasern angereicherte Gel-Tinte (Abb.) ermöglicht es den 3D-gedruckten Herzmuskelzellen, sich wie eine menschliche Herzkammer auszurichten und koordiniert zu schlagen. Das unmittelbare Ziel der Forscher ist die Entdeckung neuer Therapeutika für Herzerkrankungen, während der langfristige Plan darin besteht, implantierbares Gewebe herzustellen.

Der Erstautor der Arbeit, Suji Choi, erklärte, dass es der 3D-Drucktechnologie bislang nicht gelungen sei, die Ausrichtung der Kardiomyozytenzellen, die für die Kontraktion eines Herzens verantwortlich sind, zu erreichen: „Die Menschen haben versucht, Organstrukturen nachzubilden.“ dient dazu, die Sicherheit und Wirksamkeit von Arzneimitteln zu testen, um vorherzusagen, was im klinischen Umfeld passieren könnte.“

„FIG-Tinte kann durch die Druckdüse fließen, aber sobald die Struktur gedruckt ist, behält sie ihre 3D-Form bei. Aufgrund dieser Eigenschaften habe ich herausgefunden, dass es möglich ist, eine ventrikelartige Struktur und andere komplexe 3D-Formen zu drucken, ohne zusätzliche Stützmaterialien oder Gerüste zu verwenden“, fügte Choi hinzu.

Choi erklärt, dass der schwierigste Teil des Prozesses darin bestand, das gewünschte Verhältnis zwischen Fasern und Hydrogel in der Tinte aufrechtzuerhalten. Sobald dies erreicht war, stimulierte sie mit FIG-Tinte hergestellte 3D-gedruckte Strukturen elektrisch, was eine koordinierte Kontraktionswelle auslöste.

„Es war sehr aufregend zu sehen, wie die Kammer tatsächlich auf ähnliche Weise pumpt wie echte Herzventrikel“, sagte Choi.

Das Team hofft, dass die FIG-Tinte zum Bau von Doppelkammer-Miniatur-Herzklappen verwendet werden kann.

Die Studie wurde in Nature Materials veröffentlicht.

Studienzusammenfassung:

Hydrogele sind attraktive Materialien für die Gewebezüchtung, doch bisherige Bemühungen haben gezeigt, dass sie nur begrenzt in der Lage sind, die mikrostrukturellen Merkmale zu erzeugen, die zur Förderung der zellulären Selbstorganisation in hierarchische dreidimensionale (3D) Organmodelle erforderlich sind. Hier entwickeln wir eine Hydrogeltinte, die vorgefertigte Gelatinefasern enthält, um 3D-Gerüste auf Organebene zu drucken, die die intra- und interzelluläre Organisation des Herzens nachbilden. Die Zugabe von vorgefertigten Gelatinefasern zu Hydrogelen ermöglicht die maßgeschneiderte Rheologie der Tinte und ermöglicht einen kontrollierten Sol-Gel-Übergang, um einen präzisen Druck freistehender 3D-Strukturen ohne zusätzliche Trägermaterialien zu erreichen. Die scherinduzierte Ausrichtung der Fasern während der Tintenextrusion liefert geometrische Hinweise im Mikromaßstab, die die Selbstorganisation kultivierter menschlicher Kardiomyozyten in anisotropes Muskelgewebe in vitro fördern. Das resultierende 3D-gedruckte Ventrikel-In-vitro-Modell zeigte biomimetische anisotrope elektrophysiologische und kontraktile Eigenschaften.