Ερευνητές στο Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Ζυρίχης κατάφεραν να δημιουργήσουν περίπλοκες, μικροσκοπικές δομές που μιμούνται τη φυσική αρχιτεκτονική των ανθρώπινων ιστών, χρησιμοποιώντας τεχνολογία λέιζερ. Αυτές οι δομές, κατασκευασμένες από ειδικό τύπο ζελατίνης, χρησιμεύουν ως ικριώματα για την ανάπτυξη κυττάρων. Ελέγχοντας προσεκτικά το λέιζερ, ο Λίου και η ομάδα του μπορούν να δημιουργήσουν εξαιρετικά ευθυγραμμισμένα μικρονήματα (νημάτια πρωτεΐνης). Τα νημάτια αντιγράφουν την ακριβή δομή που βρίσκεται σε ιστούς όπως οι μύες, οι τένοντες και τα νεύρα.
«Στόχος μας είναι να δημιουργήσουμε μοντέλα ανθρώπινου ιστού για τη δοκιμή φαρμάκων υψηλής απόδοσης, καθώς και για άλλες εφαρμογές», εξήγησε ο ερευνητής.
Πώς οι ερευνητές δημιούργησαν τους ιστούς
Το ανθρώπινο σώμα αποτελείται από διάφορους ιστούς, ο καθένας με συγκεκριμένες δομές και λειτουργίες. Τα κύτταρα στους μύες, τους τένοντες, τον συνδετικό ιστό και το νευρικό σύστημα, δεν είναι διατεταγμένα τυχαία, αλλά ακολουθούν συγκεκριμένα μοτίβα. Αυτά δίνουν στον ιστό σταθερότητα και ευελιξία και τον βοηθούν να εκτελεί διάφορες λειτουργίες. Για παράδειγμα, τα κύτταρα και οι ίνες του μυϊκού ιστού είναι ευθυγραμμισμένα ώστε να μπορούν να συστέλλονται οι μύες.
Για να αναπαράξουν τις φυσικές αυτές δομές στο εργαστήριο, οι ερευνητές δημιουργούν τρισδιάστατα ικριώματα χρησιμοποιώντας βιοεκτυπωτές. Οι εργαστηριακοί ιστοί μπορούν να χρησιμοποιηθούν για διάφορους σκοπούς, συμπεριλαμβανομένων χειρουργικών αντικαταστάσεων, ιατρικής έρευνας και παραγωγής τροφίμων. Για παράδειγμα, οι ιστοί μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επιδιόρθωση κατεστραμμένων νεύρων, την μοντελοποίηση ασθενειών και την παραγωγή εργαστηριακού κρέας, μεταξύ άλλων.
Η ερευνητική ομάδα δημιούργησε με επιτυχία μικρονημάτια μέσα σε υδρογέλη, συγκρίσιμα σε μέγεθος με τα ινώδη συστατικά που βρίσκονται στους φυσικούς ιστούς. Στη συνέχεια, καλλιέργησε κύτταρα σε αυτό το ικρίωμα για να δημιουργήσει ευθυγραμμισμένες δομές ιστών.
Ο βιοεκτυπωτής (FLight) που ανέπτυξαν για αυτό το σκοπό, αξιοποιεί ένα μοναδικό οπτικό φαινόμενο για τη δημιουργία εξαιρετικά ευθυγραμμισμένων δομών μικρονημάτων μέσα σε μια μήτρα υδρογέλης. Οι ακτίνες λέιζερ παρουσιάζουν ανομοιόμορφη ένταση φωτός, με περιοχές υψηλής και χαμηλής ενέργειας. Όταν ένα φωτοευαίσθητο υλικό εκτίθεται σε μια τέτοια δέσμη, στερεοποιείται ανομοιόμορφα, σχηματίζοντας παράλληλες δομές που μοιάζουν με νήματα, τα οποία απέχουν το ένα από το άλλο.
Αυτές οι δομές, με διαμέτρους που κυμαίνονται από 2 έως 20 μικρόμετρα, μιμούνται τη φυσική διάταξη πολλών ιστών του ανθρώπινου σώματος. Όταν τα κύτταρα εισάγονται σε αυτά τα ικριώματα, αναπτύσσονται κατά μήκος των διαστημάτων, με αποτέλεσμα να ευθυγραμμίζονται οι δομές των ιστών.
«Το οπτικό φαινόμενο που δημιουργεί τις μικροδομές του νήματος στην υδρογέλη είναι γνωστό εδώ και πολύ καιρό στους φυσικούς και τους επιστήμονες υλικών. Αλλά δεν είχε χρησιμοποιηθεί ποτέ στη βιολογία. Είμαστε οι πρώτοι που το κάνουμε», κατέληξε ο Λίου.
ΠΗΓΗ: Interesting Engineering
