Ny teknik möjliggör 3D‑utskrift av funktionell hjärnvävnad

3D‑utskrift av organ

3D‑utskrift, eller additiv tillverkning, revolutionerar tyst sättet tillverkning utförs på, med hundratals material nu tillgängliga för 3D‑utskrift.  Men kanske är det mest spännande materialet inte för tillverkning utan för medicinska ändamål: biologiska vävnader.

Bioprinting kan en dag göra det möjligt att bokstavligen 3D‑skriva ett mänskligt hjärta, lever eller lung på begäran, redo för transplantation. Det är något vi utforskade i vår artikel “Organ på begäran: Bästa 3D‑bioprinting‑aktier”.

En ny nivå inom bioprinting har uppnåtts av ett forskarteam vid University of Wisconsin–Madison, lett av Su‑Chun Zhang, professor i neurovetenskap och neurologi. De lyckades 3D‑skriva hjärnvävnader som kan växa och fungera som vanlig hjärnvävnad.  Detta är verkligen revolutionerande och ett mycket bättre resultat än alla tidigare försök att 3D‑skriva hjärnvävnader hittills.

Optimerat bio‑bläck

Nyckeln till detta vetenskapliga genombrott var att anpassa den vanliga tekniken för bioprinting till neuronernas specifika behov.

Vanligtvis lägger bioprinting till celler ovanpå varandra vertikalt, med hjälp av något komplext stödmaterial. Istället valde Zhangs team en horisontell design och använde ett mycket mjukare bio‑bläckgel än tidigare.

Det mjukare gelen gör att neuronerna kan växa och interagera med varandra exakt som de gör i en riktig hjärna. Den relativt tunnare gelen möjliggjorde också bättre syrepenetration, och den tunnväxta vävnaden kunde fullt absorbera näringsämnen från gelen.

Källa: Cell Stem Cell

Sammanlagt skapar detta en vävnad som är mycket mer lik riktig hjärnvävnad än någon befintlig modell. Inte bara är vävnaderna mer sammankopplade, utan det är möjligt för neuroner att kommunicera normalt med varandra, samt lägga till stödjeceller i vävnaderna. Dessa stödjeceller är inte neuroner som är involverade i den neuronala/nervaktivitén, men spelar en nyckelroll i att hålla de aktiva neuronerna funktionella och friska.

Ett nytt forskningsverktyg

Jämfört med det som för närvarande används, cerebrala organoider, är dessa 3D‑skrivna hjärnvävnader mycket mer realistiska och hjälpsamma för att förstå hur en riktig hjärna fungerar.

Källa: Broad Institute

Genom att helt kontrollera strukturen på den modellbaserade hjärnvävnaden kan forskare använda denna teknik för att skapa realistiska repliker av hjärnor som lider av Alzheimers sjukdom, Downs syndrom osv.

“Eftersom vi kan skriva ut vävnaden efter design kan vi ha ett definierat system för att studera hur vårt mänskliga hjärnnätverk fungerar. Vi kan titta mycket specifikt på hur nervcellerna kommunicerar med varandra under vissa förhållanden eftersom vi kan skriva ut exakt det vi vill.”

Eftersom hjärnan fungerar som ett nätverk kommer den höga graden av sammankoppling att vara avgörande för att främja grundläggande forskningsframsteg.

Körsbären på toppen är att denna nya utskriftsteknik inte kräver någon ny utrustning. Den kan utföras med en bänkplacerad kommersialiserad 3D‑skrivare, och analysen av neuronerna kan göras med vanliga metoder som mikroskopisk avbildning och elektroder, vilka redan är vanliga i neurologilaboratorier.

Bioprinting‑aktier

1. BICO Group AB

Pr Zhangs team använde en Cellink skrivare för att utföra sin bioprinting av hjärnvävnader.

År 2021 bytte Cellink namn till BICO Group, efter förvärvet av Cytena 2019 och Scienion 2020. Cellink är fortfarande varumärkesnamnet för bioprinting‑delen av verksamheten.

Bioprinting representerade $16 M i försäljning under Q3 2023, utöver $28 M inom biosciences och $12 M inom bioautomation.

Källa: BICO Group AB

Även om de inte är ensamma inom området är Cellink tydligt en mycket avancerad tillverkare av bioprinting‑utrustning. Pr Zhangs prestation med dessa maskiner visar deras potential inom neurologiforskning, ett område som för närvarande knappt använder bioprinting.

På lång sikt kommer bioprinting‑företag sannolikt att utvecklas från att leverera verktyg till forskare till att bli leverantörer av läkemedelsföretagens bioprinting‑terapier för patienter. Detta kommer i sin tur att fullständigt förändra antalet bioprinter som används och, ännu viktigare, volymen av förbrukningsmaterial som säljs varje månad.

Detta är samma process som inträffade för andra tillverkare av biolab‑utrustning, inklusive genomsekvenseringsmaskiner från PacBio (PACB) och Illumina (ILMN), som i slutändan får 80 % av sina intäkter från återkommande försäljning av förbrukningsmaterial.

2. Organovo

Organovos proprietära teknik använder 3D‑skrivna mänskliga vävnader för att efterlikna viktiga aspekter av verkliga mänskliga vävnader, inklusive sammansättning, arkitektur, funktion och sjukdom.

Detta användes för att hitta nya molekyler med terapeutisk potential. Genom att först validera de potentiella molekylerna i 3D‑vävnadsmodellen hoppas företaget kunna minska risken för misslyckanden i kliniska prövningar, tack vare en mer realistisk in‑vitro‑cellmodell innan någon testning utförs på människor.

Organovos pipeline fokuserar på inflammatorisk tarmsjukdom (IFD) och leverfibros, med ett program i fas 2/3 av den kliniska prövningen och ett i fas 1. Resultaten från fas 2a‑POC förväntas under andra halvan av 2025.

Källa: Organovo

Det fanns 2,1 miljoner fall i USA 2022 och 13 miljoner fall globalt av ulcerös kolit, en form av IFD, vilket motsvarar en marknad på 6,6  miljarder dollar. Det förväntas också fortsätta växa med 6 % CAGR fram till 2032, till en marknad på 12  miljarder dollar.

Eftersom Organovo använder en realistisk simulering av tarmvävnaden, med polariserad epitel och interstitiellt lager, är det sannolikt att de har en god in‑vitro‑representation av hur deras läkemedel kommer att verka för en patient.

Källa: Organovo

Detta gör Organovo till en intressant aktie för investerare som vill dra nytta av de tidiga dagarna av bioprinting och dess användning som modell för bioteknikföretag att upptäcka nya terapier.