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Wissenschaftler kreieren das erste 3D-gedruckte Herz der Welt mit den eigenen Zellen des Patienten

Forscher der Universität Tel Aviv haben das erste 3D-Herz der Welt mit eigenen Zellen und biologischem Material des Patienten erfolgreich gedruckt, um “die immunologischen, zellulären, biochemischen und anatomischen Eigenschaften des Patienten vollständig zu erreichen”.

Bislang konnten Forscher nur einfache Gewebe mit 3D-Druck ohne Blutgefäße drucken.

“Dieses Herz besteht aus menschlichen Zellen und patientenspezifischen biologischen Materialien. In unserem Prozess dienen diese Materialien als Bio-Verbindungen, Substanzen aus Zuckern und Proteinen, die für den 3D-Druck komplexer Gewebemodelle verwendet werden können”, sagte der leitende Forscher Tal Dvir in eine Erklärung. “Den Menschen ist es in der Vergangenheit gelungen, die Struktur eines Herzens mit 3D-Druck zu drucken, jedoch nicht mit Zellen oder Blutgefäßen. Unsere Ergebnisse zeigen das Potenzial unseres Ansatzes für die Entwicklung personalisierter Gewebe- und Organersatzstoffe in der Zukunft.”

F, G) Ein gedrucktes Herz in einem Stützbad. H) Nach der Extraktion wurden den linken und rechten Ventrikeln rote und blaue Farbstoffe injiziert, um Hohlkammern und das Septum dazwischen darzustellen. Fortgeschrittene Wissenschaft

Das Forscherteam beschrieb ihre Arbeit in Advanced Science und begann mit Biopsien von Fettgewebe aus abdominalen Strukturen, die bei Menschen und Schweinen als Omentum bezeichnet werden. Das Zellmaterial des Gewebes wurde von denjenigen getrennt, die es nicht gab, und wurde zu pluripotenten Stammzellen umprogrammiert, „Master-Zellen“, die in der Lage sind, Zellen aus allen drei Körperschichten herzustellen, mit dem Potenzial, Zellen oder Gewebe im Körper zu produzieren. Das Team baute die extrazelluläre Matrix – bestehend aus Kollagen und Glycoproteinen – zu einem Hydrogel als Druckfarbe auf. Die Zellen wurden mit dem Hydrogel gemischt und dann in Herz- oder Endothelzellen differenziert (diejenigen, die die innere Oberfläche von Blut und Lymphgefäßen auskleiden), um patientenspezifische, immunkompatible Herzpflaster mit Blutgefäßen und letztendlich einem gesamten biotechnologisch hergestellten Herzen zu erzeugen aus “nativen” patientenspezifischen Materialien.

Obwohl das Team vielversprechend ist, erinnert es uns schnell daran, dass ihre Herzen noch nicht für die Transplantation von Menschen bereit sind.

“In diesem Stadium ist unser 3D-Herz klein, so groß wie das Herz eines Hasen”, sagte Dvir. “Aber größere menschliche Herzen erfordern dieselbe Technologie.”

Für den Anfang würde das Erstellen eines menschlichen Herzens viel länger dauern und Milliarden von Zellen erfordern – nicht nur Millionen. Darüber hinaus verhalten sich die kirschengroßen Herzen nicht unbedingt wie Herzen, sondern müssen von den Forschern weiterentwickelt und “trainiert” werden, damit sie wie menschliche Herzen sind und eine Pumpleistung bilden. Derzeit können sich die Zellen zusammenziehen, arbeiten aber nicht zusammen.

Unabhängig davon ist die Entwicklung ein enormer Schritt für die Weiterentwicklung der Organtransplantation. Herzkrankheiten sind die häufigste Todesursache bei Männern und Frauen in den USA, wobei Herztransplantationen die einzige Behandlungsmöglichkeit für Patienten mit Herzinsuffizienz im Endstadium sind. Ein Mangel an Spendern erfordert nicht nur die Entwicklung neuer Strategien, sondern die Schaffung von Herzen, die mit der einzigartigen biologischen Zusammensetzung eines Patienten zusammenfallen, könnte das Risiko einer Abstoßung verhindern.

“Die Biokompatibilität von technischen Materialien ist entscheidend, um das Risiko der Abstoßung von Implantaten zu vermeiden, was den Erfolg solcher Behandlungen gefährdet”, sagte Dvir. “Idealerweise sollte das Biomaterial die gleichen biochemischen, mechanischen und topografischen Eigenschaften des patienteneigenen Gewebes besitzen. Hier können wir einen einfachen Ansatz für 3D-gedruckte dicke, vaskularisierte und perfusierbare Herzgewebe angeben, die vollständig mit den immunologischen, zellulären, biochemischen und biologischen Substanzen übereinstimmen anatomische Eigenschaften des Patienten. “

Nachdem die Herzen für das effiziente Pumpen „trainiert“ wurden, hofft das Team, sie für weitere Tests in Tiere verpflanzen zu können.

Zellen aus dem Omentumgewebe eines Patienten werden getrennt und zu einem personalisierten thermoresponsiven Hydrogel verarbeitet. Die Zellen werden neu programmiert, um pluripotent zu werden, und werden vor der Verkapselung innerhalb des Hydrogels in Kardiomyozyten und Endothelzellen differenziert, um die zum Drucken verwendeten Bio-Verbindungen zu erzeugen. Die Bio-Verbindungen werden dann gedruckt, um vaskularisierte Pflaster und komplexe zellularisierte Strukturen herzustellen. Fortgeschrittene Wissenschaft

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