Предыдущие попытки создания трахеальных конструкций с тканевой инженерией имели множество различных ограничений, главным образом потому, что они были сосредоточены только на использовании регенерированной хрящевой ткани. Трахеальные конструкции WFIRM новы в том, что они были биопринтированы с отдельными областями хряща и гладких мышц одновременно с использованием биоразлагаемого полиэфирного материала и гидрогелей, содержащих мезенхимальные стволовые клетки человека, которые могут самообновляться и могут превращаться в различные типы клеток. В этом случае стволовые клетки дифференцировались на два разных типа клеток – хондроциты и клетки гладкой мускулатуры – в разных областях биопринтированных трахеальных конструкций. Хрящевая часть является жесткой, чтобы обеспечить механическую поддержку, чтобы избежать коллапса, в то время как гладкая мышца податлива и соединяет концы хрящевых колец, обеспечивая достаточную гибкость для сокращения дыхательных путей.
«Люди пробовали другие материалы, но проблема заключалась в том, что они использовали только один материал, который недостаточно прочен, чтобы удерживать дыхательные пути открытыми, и не обеспечивает необходимой гибкости. Наш метод биопечати обеспечивает комбинацию гибкости и силы, необходимой для имитации нативной ткани трахеи », – сказал Шон Мерфи, доктор философии, ведущий автор и доцент кафедры регенеративной медицины в WFIRM.
Трахея – это полая трубка, состоящая из хряща и гладкой мышечной ткани, обеспечивающая гибкость дыхательных путей, препятствующих схлопыванию. Стеноз трахеи – это аномальное сужение и уплотнение трахеи, которое может быть вызвано длительной интубацией, воспалением и травмой или может быть врожденной аномалией.
Первичные методы лечения этого состояния, которое встречается редко, но опасно для жизни, – это хирургические вмешательства, которые имеют проблемы и ограничения.
В этом исследовании, опубликованном в Интернете в журнале Biofabrication, исследовательский подход сочетает в себе три специализированные технологии: медицинская визуализация для конкретного пациента, гидрогели, предназначенные для дифференциации стволовых клеток, и полимерный каркас, имитирующий определенные биомеханические свойства.
Мерфи сказал, что подход заключался в том, чтобы внедрить более мягкие гидрогели, содержащие стволовые клетки, в поры биопринтированных структур трахеи. «Мы уже знали, что можем дифференцировать эти клетки в 2D в гладкие мышцы или хрящи, но вопрос о том, можем ли мы сделать это в 3D-конструкциях с биопринтом, оставался», – сказал он. "Мы добавили факторы роста, чтобы дать им дополнительный импульс, в котором они нуждались."
«Это раннее экспериментальное исследование показывает, что мы можем оптимизировать возможности биопечати и когда-нибудь сможем предоставить возможность для лечения регенеративной медицины для замещения поврежденных или пораженных участков трахеи», – сказал Энтони Атала, M.D., директор WFIRM и соавтор статьи. «Следующими шагами в исследовании будет оценка долгосрочной функции для обеспечения надлежащего формирования тканей и сохранения силы."