Ny teknik muliggør 3D-print af funktionelt hjernevæv

3D-print af organer

3D printing, or additive manufacturing, is quietly revolutionizing the way manufacturing is done, with hundreds of materials now available for 3D printing.  However, maybe the most exciting material is not for manufacturing but for medical purposes: biological tissues.

Bioprinting might one day make it possible to literally 3D print a human heart, liver, or lung on demand, ready for transplantation. It is something we explored in our article “Organs On Demand: Best 3D Bioprinting Stocks”.

Et nyt niveau inden for bioprinting er opnået af et forskerteam ved University of Wisconsin–Madison, ledet af Su‑Chun Zhang, professor i neurovidenskab og neurologi. De formåede at 3D-printe hjernevæv, der kan vokse og fungere som typisk hjernevæv.  Dette er virkelig revolutionerende og et meget bedre resultat end alle tidligere forsøg på at 3D-printe hjernevæv indtil nu.

Optimeret bio-ink

Nøglen til dette videnskabelige gennembrud var at tilpasse den sædvanlige bioprinting‑teknik til neuroners specifikke behov.

Normalt tilføjer bioprinting celler oven på hinanden vertikalt ved hjælp af et komplekst scaffold‑materiale. I stedet gik Zhangs team efter et horisontalt design og brugte en meget blødere bio‑ink gel end tidligere anvendt.

Den blødere gel gør det muligt for neuronerne at vokse og interagere med hinanden præcis som de gør i en rigtig hjerne. Den relativt tyndere gel tillod også bedre iltpenetration, og det tyndere væv kunne fuldt ud absorbere næringsstoffer fra gelen.

Kilde: Cell Stem Cell

Alt i alt skaber dette et væv, der er meget mere ligesom ægte hjernevæv end nogen eksisterende model. Ikke kun er vævene mere forbundne, men det er muligt for neuroner at kommunikere normalt med hinanden, samt tilføje understøttende celler til vævet. Disse understøttende celler er ikke neuroner involveret i den neuronale/nervøse aktivitet, men spiller en nøglerolle i at holde de aktive neuroner funktionelle og sunde.

Et nyt forskningsværktøj

Sammenlignet med det, der i øjeblikket anvendes, cerebrale organoider, er disse 3D-printede hjernevæv meget mere realistiske og hjælpsomme til at forstå, hvordan en rigtig hjerne fungerer.

Kilde: Broad Institute

Ved fuldstændigt at kontrollere strukturen af det modellerede hjernevæv kan forskere bruge denne teknik til at skabe realistiske replikaer af hjerner, der lider af Alzheimers sygdom, Downs syndrom osv.

“Fordi vi kan printe vævet efter design, kan vi have et defineret system til at se på, hvordan vores menneskelige hjerne‑netværk fungerer. Vi kan se meget specifikt på, hvordan nervecellerne taler med hinanden under visse betingelser, fordi vi kan printe præcis det, vi vil have.”

Da hjernen fungerer som et netværk, vil det høje niveau af interkonnektivitet være afgørende for at hjælpe grundlæggende forskningsfremskridt.

Kirsebæret på kagen er, at denne nye printteknik ikke kræver noget nyt udstyr. Den kan udføres med en kommerciel bord‑stående 3D‑printer, og analysen af neuronerne kan udføres med almindelige metoder som mikroskopisk billeddannelse og elektroder, som allerede er almindelige i neurologilaboratorier.

Bioprinting-aktier

1. BICO Group AB

Pr Zhangs team brugte en Cellink printer til at udføre deres bioprinting af hjernevæv.

I 2021 blev Cellink omdøbt til BICO Group efter opkøbet af Cytena i 2019 og Scienion i 2020. Cellink er stadig mærkenavnet for bioprinting‑delen af virksomheden.

Bioprinting udgjorde i Q3 2023 $16M i salg, ud over $28M i biosciences og $12M i bioautomation.

Kilde: BICO Group AB

Selvom de ikke er alene på området, er Cellink tydeligt en meget avanceret producent af bioprinting‑udstyr. Pr Zhangs præstation ved brug af disse maskiner viser deres potentiale inden for neurologiforskning, et felt der indtil nu ikke rigtig bruger bioprinting.

På længere sigt vil bioprinting‑virksomheder sandsynligvis udvikle sig fra at levere værktøjer til forskere til at blive leverandører af farmaceutiske virksomheders bioprinting‑terapier til patienter. Dette vil igen fuldstændigt ændre antallet af bioprintere i brug og, vigtigere, mængden af forbrugsvarer, der sælges hver måned.

Dette er den samme proces, der foregik for andre biolab‑udstyrsproducenter, herunder genomsekventeringsmaskiner fra PacBio (PACB) og Illumina (ILMN), som ender med at tjene 80 % af deres indtægter fra tilbagevendende salg af forbrugsvarer.

2. Organovo

Organovos proprietære teknologi bruger 3D‑printede humane væv til at efterligne nøgleaspekter af ægte humane væv, herunder sammensætning, arkitektur, funktion og sygdom.

Dette blev brugt til at finde nye molekyler med terapeutisk potentiale. Ved først at validere de potentielle molekyler i 3D‑vævmodellen håber virksomheden at reducere risikoen for fejl i kliniske forsøg, takket være en mere realistisk in‑vitro cellemodel, før der udføres nogen test på mennesker.

Organovos pipeline fokuserer på inflammatorisk tarmsygdom (IFD) og leverfibrose, med ét program i fase 2/3 af den kliniske prøve og ét i fase 1. Resultaterne fra fase 2a POC forventes i 2H 2025.

Kilde: Organovo

Der var 2,1 millioner tilfælde i USA i 2022 og 13 millioner tilfælde globalt af ulcerøs colitis, en form for IFD, hvilket udgør et marked på $6,6 milliarder. Det forventes også at fortsætte med at vokse med 6 % CAGR indtil 2032, til et marked på $12 milliarder.

Da Organovo bruger en realistisk simulering af tarmvævet med polariseret epitel og interstitielt lag, er det sandsynligt, at de har en god in‑vitro repræsentation af, hvordan deres lægemiddel vil virke på en patient.

Kilde: Organovo

Dette gør Organovo til en interessant aktie for investorer, der ønsker at udnytte de tidlige dage af bioprinting og dens brug som en model for biotekvirksomheder til at opdage nye terapier.