Νέα Τεχνική Επιτρέπει τη 3Δ Εκτύπωση Λειτουργικού Εγκεφαλικού Ιστού

3D Εκτύπωση Οργάνων

Η 3Δ εκτύπωση, ή προσθετική κατασκευή, αλλάζει ήσυχα τον τρόπο που γίνεται η παραγωγή, με εκατοντάδες υλικά πλέον διαθέσιμα για 3Δ εκτύπωση.  Ωστόσο, ίσως το πιο συναρπαστικό υλικό δεν είναι για παραγωγή, αλλά για ιατρικούς σκοπούς: βιολογικούς ιστούς.

Η βιοεκτύπωση μπορεί κάποια μέρα να καταστήσει δυνατή την κυριολεκτική 3Δ εκτύπωση ανθρώπινου καρδιάς, ήπατος ή πνεύμονα κατόπιν ζήτησης, έτοιμη για μεταμόσχευση. Το εξετάσαμε στο άρθρο μας “Όργανα Κατόπιν Ζήτησης: Καλύτερες Μετοχές 3Δ Βιοεκτύπωσης“.

Ένα νέο επίπεδο στη βιοεκτύπωση επιτεύχθηκε από μια ερευνητική ομάδα στο πανεπιστήμιο του Wisconsin–Madison, υπό την ηγεσία του Su‑Chun Zhang, καθηγητή νευροεπιστήμης και νευρολογίας. Κατάφεραν να εκτυπώσουν 3Δ ιστούς εγκεφάλου που μπορούν να αναπτυχθούν και να λειτουργούν όπως ο τυπικός ιστός εγκεφάλου.  Αυτό είναι πραγματικά επαναστατικό και πολύ καλύτερο αποτέλεσμα από όλες τις προηγούμενες προσπάθειες εκτύπωσης 3Δ ιστών εγκεφάλου μέχρι σήμερα.

Βελτιστοποιημένο Βιο-Μελάνι

Το κλειδί για αυτήν την επιστημονική πρόοδο ήταν η προσαρμογή της συνηθισμένης τεχνικής βιοεκτύπωσης στις ειδικές ανάγκες των νευρώνων.

Συνήθως, η βιοεκτύπωση προσθέτει κύτταρα το ένα πάνω στο άλλο κάθετα, χρησιμοποιώντας κάποιο σύνθετο υλικό σκελετού. Αντίθετα, η ομάδα του Zhang επέλεξε οριζόντιο σχεδιασμό και χρησιμοποίησε πολύ πιο μαλακό υγρό βιο-μελάνι από το προηγούμενο.

Το πιο μαλακό υγρό επιτρέπει στους νευρώνες να αναπτύσσονται και να αλληλεπιδρούν ακριβώς όπως συμβαίνει σε έναν πραγματικό εγκέφαλο. Το σχετικά πιο λεπτό υγρό επίσης διευκόλυνε την καλύτερη διείσδυση οξυγόνου, και ο ιστός που αναπτύχθηκε σε λεπτότερο υγρό μπορούσε να απορροφήσει πλήρως τα θρεπτικά συστατικά από το υγρό.

Πηγή: Cell Stem Cell

Συνολικά, αυτό δημιουργεί έναν ιστό που μοιάζει πολύ περισσότερο με πραγματικό ιστό εγκεφάλου από οποιοδήποτε υπάρχον μοντέλο. Όχι μόνο οι ιστοποι είναι πιο συνδεδεμένοι, αλλά είναι δυνατόν οι νευρώνες να επικοινωνούν κανονικά μεταξύ τους, καθώς και να προστίθενται υποστηρικτικά κύτταρα στον ιστό. Αυτά τα υποστηρικτικά κύτταρα δεν είναι νευρώνες που συμμετέχουν στη νευρωνική/νευρική δραστηριότητα, αλλά παίζουν καθοριστικό ρόλο στη διατήρηση των ενεργών νευρώνων λειτουργικών και υγιών.

Ένα Νέο Εργαλείο Έρευνας

Σε σύγκριση με ό,τι χρησιμοποιείται σήμερα, τα εγκεφαλικά οργανίδια, αυτά τα 3Δ εκτυπωμένα ιστούς εγκεφάλου είναι πολύ πιο ρεαλιστικά και χρήσιμα για την κατανόηση του πώς λειτουργεί ένας πραγματικός εγκέφαλος.

Πηγή: Broad Institute

Με τον πλήρη έλεγχο της δομής του μοντέλου ιστού εγκεφάλου, οι ερευνητές μπορούν να χρησιμοποιήσουν αυτήν την τεχνική για να δημιουργήσουν ρεαλιστικά αντίγραφα εγκεφάλων που πάσχουν από τη νόσο του Alzheimer, το σύνδρομο Down κ.λπ.

“Επειδή μπορούμε να εκτυπώσουμε τον ιστό κατά σχεδιασμό, μπορούμε να έχουμε ένα καθορισμένο σύστημα για να εξετάσουμε πώς λειτουργεί το ανθρώπινο δίκτυο του εγκεφάλου μας. Μπορούμε να εξετάσουμε πολύ συγκεκριμένα πώς τα νευρικά κύτταρα επικοινωνούν μεταξύ τους υπό ορισμένες συνθήκες, επειδή μπορούμε να εκτυπώσουμε ακριβώς αυτό που θέλουμε.”

Καθώς ο εγκέφαλος λειτουργεί ως δίκτυο, το υψηλό επίπεδο διασυνδεσιμότητας θα είναι κρίσιμο για την προώθηση της βασικής έρευνας.

Το κερασάκι πάνω στην τούρτα είναι ότι αυτή η νέα τεχνική εκτύπωσης δεν απαιτεί νέο εξοπλισμό. Μπορεί να γίνει με έναν εμπορικό επιτραπέζιο 3Δ εκτυπωτή, και η ανάλυση των νευρώνων μπορεί να γίνει με κοινές μεθόδους όπως η μικροσκοπική απεικόνιση και τα ηλεκτρόδια, που είναι ήδη κοινά στα εργαστήρια νευρολογίας.

Μετοχές Βιοεκτύπωσης

1. BICO Group AB

Η ομάδα του Pr Zhang χρησιμοποίησε έναν εκτυπωτή Cellink για να εκτελέσει τη βιοεκτύπωση των ιστών εγκεφάλου.

Το 2021, η Cellink μετονομάστηκε σε BICO Group, μετά την εξαγορά της Cytena το 2019 και της Scienion το 2020. Η Cellink παραμένει το εμπορικό όνομα για το τμήμα βιοεκτύπωσης της επιχείρησης.

Βιοεκτύπωση αντιπροσώπευσε το τρίτο τρίμηνο του 2023 $16M σε πωλήσεις, επιπλέον των $28M στα βιοεπιστήμες και $12M στην βιοαυτοματοποίηση.

Πηγή: BICO Group AB

Παρόλο που δεν είναι μοναδική στον τομέα, η Cellink είναι σαφώς ένας πολύ προηγμένος κατασκευαστής εξοπλισμού βιοεκτύπωσης. Η επίτευξη του Pr Zhang με τη χρήση αυτών των μηχανών δείχνει το δυναμικό τους στην έρευνα νευρολογίας, έναν τομέα που μέχρι τώρα δεν χρησιμοποιεί πραγματικά τη βιοεκτύπωση.

Μακροπρόθεσμα, οι εταιρείες βιοεκτύπωσης πιθανότατα θα εξελιχθούν από την παροχή εργαλείων σε ερευνητές σε προμηθευτές θεραπειών βιοεκτύπωσης για φαρμακευτικές εταιρείες. Αυτό, με τη σειρά του, θα αλλάξει εντελώς τον αριθμό των βιοεκτυπωτών σε χρήση και, πιο σημαντικό, τον όγκο των αναλωσίμων που πωλούνται κάθε μήνα.

Αυτή είναι η ίδια διαδικασία που συνέβη για άλλους κατασκευαστές εξοπλισμού βιολογικών εργαστηρίων, συμπεριλαμβανομένων των μηχανών αλληλούχισης γονιδιώματος από την PacBio (PACB) και την Illumina (ILMN), που καταλήγουν να κερδίζουν το 80% των εσόδων τους από επαναλαμβανόμενες πωλήσεις αναλωσίμων.

2. Organovo

Η ιδιόκτητη τεχνολογία της Organovo χρησιμοποιεί 3Δ-εκτυπωμένους ανθρώπινους ιστούς για να μιμηθεί βασικές πτυχές των πραγματικών ανθρώπινων ιστών, συμπεριλαμβανομένης της σύνθεσης, της αρχιτεκτονικής, της λειτουργίας και της νόσου.

Αυτό χρησιμοποιήθηκε για την εύρεση νέων μορίων με θεραπευτικό δυναμικό. Με την αρχική επικύρωση των πιθανών μορίων στο 3Δ μοντέλο ιστού, η εταιρεία ελπίζει να μειώσει τον κίνδυνο αποτυχιών στην κλινική δοκιμή, χάρη σε ένα πιο ρεαλιστικό in‑vitro κυτταρικό μοντέλο πριν γίνει οποιαδήποτε δοκιμή σε ανθρώπους.

Η σειρά προϊόντων της Organovo εστιάζει στη Φλεγμονώδη Νόσο του Εντέρου (IFD) και στη ηπατική ίνωση, με ένα πρόγραμμα σε φάση 2/3 της κλινικής δοκιμής και ένα σε φάση 1. Τα αποτελέσματα του Phase 2a POC αναμένονται το 2H 2025.

Πηγή: Organovo

Υπήρχαν 2,1 εκατομμύρια περιπτώσεις στις ΗΠΑ το 2022 και 13 εκατομμύρια παγκοσμίως της ελκώδους κολίτιδας, μιας μορφής IFD, που αντιπροσωπεύει μια αγορά $6,6 δισεκατομμυρίων. Αναμένεται επίσης να συνεχίσει να αυξάνεται με 6% CAGR μέχρι το 2032, φτάνοντας σε αγορά $12 δισεκατομμυρίων.

Καθώς η Organovo χρησιμοποιεί μια ρεαλιστική προσομοίωση του εντερικού ιστού, με πολωμένο επιθήλιο και ενδιάμεσο στρώμα, είναι πιθανό να έχουν καλή in‑vitro αναπαράσταση του πώς θα δράσει το φάρμακό τους σε έναν ασθενή.

Πηγή: Organovo

Αυτό καθιστά την Organovo μια ενδιαφέρουσα μετοχή για επενδυτές που θέλουν να εκμεταλλευτούν τις πρώτες μέρες της βιοεκτύπωσης και τη χρήση της ως μοντέλο για εταιρείες βιοτεχνολογίας ώστε να ανακαλύψουν νέες θεραπείες.