Research brief: Forscher 3D-drucken ein funktionierendes Herz-Pumpe mit echten menschlichen Zellen
In einer bahnbrechenden neuen Studie, Forscher an der Universität von Minnesota haben eine 3-D gedruckt eine funktionierende Zentimeter-Skala menschlichen Herzens Pumpe im Labor. Die Entdeckung könnte von großer Tragweite für das Studium Herzkrankheiten, die führende Ursache des Todes in den Vereinigten Staaten tötet mehr als 600.000 Menschen pro Jahr.
Die Studie ist veröffentlicht und erscheint auf dem cover von Circulation Research, eine Publikation der American Heart Association.
In der Vergangenheit haben Forscher versucht, 3-D-drucken kardiomyozyten oder Herz-Muskel-Zellen, die abgeleitet wurden aus sogenannten pluripotenten menschlichen Stammzellen. Pluripotente Stammzellen sind Zellen, die das Potenzial zu entwickeln, sich in jede Art von Zelle im Körper. Forscher würden umprogrammieren, diese Stammzellen zu Herzmuskelzellen und dann mit einer speziellen 3-D-Drucker zu drucken, Sie in eine dreidimensionale Struktur, die so genannte extrazelluläre matrix. Das problem war, dass Wissenschaftler nie erreichen könnte kritische Zelldichte für die Herz-Muskel-Zellen tatsächlich funktionieren.
In dieser neuen Studie, von der University of Minnesota Forscher betätigte den Prozess, und es funktionierte.
„Zuerst haben wir versucht, 3-D-Druck-kardiomyozyten, und wir es nicht geschafft, auch,“ sagte Brenda Ogle, der leitende Forscher der Studie und Leiter der Abteilung für Biomedical Engineering der Universität von Minnesota College of Science and Engineering. „Also mit unserem team die expertise in der Stammzellforschung und 3-D-Druck, haben wir beschlossen, einen neuen Ansatz versuchen. Wir optimieren die spezielle Tinte, die aus extrazellulären matrix-Proteinen, kombiniert die Tinte mit menschlichen Stammzellen und der verwendeten Tinte-plus-Zellen in 3-D drucken Sie die gekammerte Struktur. Die Stammzellen wurden erweitert, um hohe zelldichten, die in der Struktur zuerst, und dann werden wir differenziert Sie die Herz-Muskel-Zellen.“
Was das team fand, war, dass zum ersten mal überhaupt konnten Sie das Ziel erreichen, der eine hohe Zelldichte innerhalb von weniger als einem Monat ermöglichen, die Zellen zu schlagen zusammen, wie ein menschliches Herz.
„Nach Jahren der Forschung, waren wir bereit zu geben und dann zwei meiner biomedizinische Technik Ph. D. Studenten, Molly Kupfer und Wei-Han Lin, schlug vor, wir drucken die Stammzellen zuerst“, sagt Ogle, wer dient auch als Direktor von der University of Minnesota Stem Cell Institute. „Wir haben uns entschieden, um ihm einen letzten Versuch. Ich konnte es nicht glauben, wenn wir uns auf die Platte in das Labor und sah die ganze Sache contracting spontan und synchron und in der Lage, sich zu bewegen Flüssigkeit.“
Ogle sagte, dies ist ebenfalls ein entscheidender Fortschritt in der Herz-Forschung, weil diese neue Studie zeigt, wie diese waren in der Lage 3-D-Druck-Herz-Muskel-Zellen in einer Weise, dass die Zellen sich zu organisieren und zusammen zu arbeiten. Da wurden die Zellen differenzieren direkt neben einander, es ist mehr ähnlich wie die Stammzellen wachsen in den Körper und dann Unterziehen Spezifikation zu Herz-Muskel-Zellen.
Im Vergleich zu anderen high-profile-Forschung in der Vergangenheit, Ogle sagte, diese Entdeckung schafft eine Struktur, die ist wie ein geschlossener Sack, in dem sich ein fluid inlet and fluid outlet, wo Sie Messen können, wie ein Herz bewegt sich das Blut innerhalb des Körpers. Dies macht es ein unschätzbares Werkzeug für die Untersuchung der Herzfunktion.
„Wir haben jetzt ein Modell zu verfolgen und zu verfolgen, was geschieht, auf Zell-und molekularer Ebene in der Pumpe aus der Struktur beginnt, und zur Annäherung an das menschliche Herz,“ Ogle sagte. „Wir können uns vorstellen, Krankheit und Schaden in das Modell und studieren dann die Wirkung der Medikamente und andere Therapeutika.“
Der Herz-Muskel-Modell ist ungefähr 1,5 Zentimeter lang und wurde speziell entwickelt, um fit in die Bauchhöhle einer Maus für eine weitere Studie.