Schleimbasierter Bioink könnte zum Drucken und Züchten von Lungengewebe verwendet werden

Lungenkrankheiten töten jedes Jahr weltweit Millionen Menschen. Die Behandlungsmöglichkeiten sind begrenzt und Tiermodelle zur Untersuchung dieser Krankheiten sowie experimentelle Medikamente sind unzureichend. ACS Angewandte biologische MaterialienForscher beschreiben ihren Erfolg bei der Entwicklung eines schleimbasierten Bioinks für den 3D-Druck von Lungengewebe. Dieser Fortschritt könnte eines Tages zur Erforschung und Behandlung chronischer Lungenerkrankungen beitragen.

Obwohl einige Menschen mit Lungenerkrankungen von einer Transplantation profitieren, bleiben Organe von Spendern rar. Medikamente und andere Behandlungen können zur Linderung der Symptome eingesetzt werden, es gibt jedoch keine Heilung für Krankheiten wie chronisch obstruktive Lungenerkrankung und Mukoviszidose. Forscher suchen weiterhin nach besseren Medikamenten und stützen sich dabei häufig auf Tests an Nagetieren. Diese Tiermodelle erfassen jedoch möglicherweise nur teilweise die Komplexität von Lungenerkrankungen beim Menschen und können die Sicherheit und Wirksamkeit neuer Medikamente nicht genau vorhersagen.

Gleichzeitig untersuchen Bioingenieure die Produktion von Lungengewebe im Labor, entweder als genaueres Modell für die Untersuchung menschlicher Lungen oder als potenzielles Material für die Verwendung in Implantaten. Eine Technik beinhaltet den 3D-Druck von Strukturen, die menschliches Gewebe nachahmen, aber die Entwicklung eines geeigneten Bioinks zur Unterstützung des Zellwachstums bleibt eine Herausforderung. Ashok Raichur und seine Kollegen beschlossen daher, dieses Hindernis zu überwinden.

Das Team begann mit Mucin, einem Schleimbestandteil, der für das Bioprinting noch nicht umfassend erforscht wurde. Teile der Molekülstruktur dieses antibakteriellen Polymers ähneln dem epidermalen Wachstumsfaktor, einem Protein, das die Zellanhaftung und das Zellwachstum fördert. Raichur und seine Kollegen reagierten mit Methacrylsäureanhydrid zu methacryliertem Mucin (MuMA), das sie dann mit Lungenzellen vermischten.

Hyaluronsäure, ein natürliches Polymer, das in Bindegewebe und anderen Geweben vorkommt, wurde hinzugefügt, um die Viskosität des Bioinks zu erhöhen und das Zellwachstum und die Adhäsion an MuMA zu verbessern. Nach dem Drucken der Tinte in Testmustern, einschließlich runder und quadratischer Gitter, wurde sie blauem Licht ausgesetzt, um die MuMA-Moleküle zu vernetzen. Die Vernetzungen stabilisierten die gedruckte Struktur als poröses Gel, das Wasser leicht absorbierte, um das Überleben der Zellen zu fördern.

Die Forscher fanden heraus, dass die miteinander verbundenen Poren des Gels die Diffusion von Nährstoffen und Sauerstoff erleichterten und so das Zellwachstum und die Bildung von Lungengewebe förderten. Die gedruckten Strukturen waren ungiftig und wurden unter physiologischen Bedingungen langsam abgebaut, was sie möglicherweise für die Verwendung in Implantaten geeignet machte, bei denen das gedruckte Gerüst nach und nach durch neu gewachsenes Lungengewebe ersetzt würde. Der Bioink könnte auch verwendet werden, um 3D-Modelle der Lunge zu erstellen, um Lungenkrankheitsprozesse zu untersuchen und mögliche Behandlungen zu bewerten.