Ny teknikk gjør det mulig å 3D‑printe funksjonelt hjernevev

3D‑printing av organer

3D‑printing, eller additiv produksjon, revolusjonerer stille måten produksjon utføres på, med hundrevis av materialer nå tilgjengelige for 3D‑printing. Men kanskje det mest spennende materialet ikke er for produksjon, men for medisinske formål: biologisk vev.

Bioprinting kan en dag gjøre det mulig å bokstavelig talt 3D‑printe et menneskelig hjerte, lever eller lunge på forespørsel, klar for transplantasjon. Det er noe vi utforsket i artikkelen vår «Organs On Demand: Best 3D Bioprinting Stocks».

Et nytt nivå innen bioprinting er oppnådd av et forskerteam ved University of Wisconsin–Madison, ledet av Su‑Chun Zhang, professor i nevrovitenskap og nevrologi. De klarte å 3D‑printe hjernevev som kan vokse og fungere som vanlig hjernevev. Dette er virkelig revolusjonerende og et langt bedre resultat enn alle tidligere forsøk på å 3D‑printe hjernevev.

Optimalisert bio‑blekk

Nøkkelen til dette vitenskapelige gjennombruddet var å tilpasse den vanlige bioprinting‑teknikken til de spesifikke behovene til nevroner.

Vanligvis legger bioprinting celler oppå hverandre vertikalt, ved bruk av noe komplekst støttemateriale. I stedet valgte Zhang‑teamet et horisontalt design, og brukte en mye mykere bio‑blekkgel enn tidligere brukt.

Den mykere gelen gjør at nevronene kan vokse og samhandle med hverandre akkurat slik de gjør i en ekte hjerne. Den relativt tynnere gelen tillot også bedre oksygenpenetrasjon, og det tynnere vevet kunne fullt ut absorbere næringsstoffer fra gelen.

Kilde: Cell Stem Cell

Alt i alt skaper dette et vev som er mye mer likt ekte hjernevev enn noen eksisterende modell. Ikke bare er vevene mer sammenkoblet, men det er mulig for nevroner å kommunisere normalt med hverandre, samt legge til støttende celler i vevet. Disse støttende cellene er ikke nevroner involvert i den nevronale/nervøse aktiviteten, men spiller en nøkkelrolle i å holde de aktive nevronene funksjonelle og sunne.

Et nytt forskningsverktøy

Sammenlignet med det som brukes i dag, cerebrale organoider, er disse 3D‑printede hjernevevene mye mer realistiske og nyttige for å forstå hvordan en ekte hjerne fungerer.

Kilde: Broad Institute

Ved å fullstendig kontrollere strukturen til modellhjernevevet, kan forskere bruke denne teknikken til å lage realistiske kopier av hjerner som lider av Alzheimers sykdom, Downs syndrom osv.

“Fordi vi kan printe vevet etter design, kan vi ha et definert system for å se hvordan vårt menneskelige hjerne‑nettverk fungerer. Vi kan se svært spesifikt på hvordan nervecellene snakker med hverandre under bestemte forhold, fordi vi kan printe nøyaktig det vi ønsker.”

Ettersom hjernen opererer i et nettverk, vil det høye nivået av sammenkobling være avgjørende for å fremme grunnleggende forskning.

Kjernen i dette er at den nye printteknikken ikke krever noe nytt utstyr. Den kan utføres med en kommersialisert benke‑topps‑3D‑printer, og analysen av nevronene kan gjøres med vanlige metoder som mikroskopisk avbildning og elektroder, som allerede er vanlige i nevrologilaboratorier.

Bioprinting‑aksjer

1. BICO Group AB

Pr Zhangs team brukte en Cellink -printer til å utføre bioprintingen av hjernevev.

I 2021 ble Cellink omdøpt til BICO Group, etter oppkjøpet av Cytena i 2019 og Scienion i 2020. Cellink er fortsatt merkenavnet for bioprinting‑delen av virksomheten.

Bioprinting representerte i Q3 2023 $16 M i salg, i tillegg til $28 M i biosciences og $12 M i bioautomation.

Kilde: BICO Group AB

Selv om de ikke er alene på feltet, er Cellink tydeligvis en svært avansert produsent av bioprinting‑utstyr. Pr Zhangs prestasjon med disse maskinene viser deres potensial innen nevrologiforskning, et felt som foreløpig ikke bruker bioprinting i særlig grad.

På lang sikt vil bioprinting‑selskaper sannsynligvis utvikle seg fra å levere verktøy til forskere til å bli leverandører av farmasøytiske selskapers bioprinting‑terapier for pasienter. Dette vil igjen fullstendig endre antallet bioprintere i bruk og, viktigere, volumet av forbruksvarer som selges hver måned.

Dette er den samme prosessen som har skjedd for andre biolab‑utstyrsprodusenter, inkludert genomsekvenseringsmaskiner fra PacBio (PACB) og Illumina (ILMN), som ender opp med at 80 % av inntektene deres kommer fra gjentakende salg av forbruksvarer.

2. Organovo

Organovos proprietære teknologi bruker 3D‑printede menneskelige vev for å etterligne viktige aspekter av ekte menneskelig vev, inkludert sammensetning, arkitektur, funksjon og sykdom.

Dette ble brukt til å finne nye molekyler med terapeutisk potensial. Ved først å validere de potensielle molekylene i 3D‑vevmodellen, håper selskapet å redusere risikoen for feil i kliniske studier, takket være en mer realistisk in‑vitro‑cellemode før noen tester utføres på mennesker.

Organovos pipeline er fokusert på inflammatorisk tarmsykdom (IFD) og leverfibrose, med ett program i fase 2/3 av klinisk studie og ett i fase 1. Resultatene fra fase 2a‑bevis‑på‑konsept (POC) forventes i andre halvdel av 2025.

Kilde: Organovo

Det var 2,1 millioner tilfeller i USA i 2022 og 13 millioner tilfeller globalt av ulcerøs kolitt, en form for IFD, som representerer et marked på $6,6 milliarder. Det forventes også å fortsette å vokse med 6 % CAGR frem til 2032, til et marked på $12 milliarder.

Ettersom Organovo bruker en realistisk simulering av tarmvevet, med polariseret epitel og interstitielt lag, er det sannsynlig at de har en god in‑vitro‑representasjon av hvordan deres legemiddel vil virke på en pasient.

Kilde: Organovo

Dette gjør Organovo til en interessant aksje for investorer som ønsker å kapitalisere på de tidlige dagene av bioprinting og dens bruk som modell for bioteknologiselskaper for å avdekke nye terapier.