Bagong Teknikang Nagpapahintulot ng 3D Printing ng Functional na Tisyu ng Utak

3D Printing Organs

Ang 3D printing, o additive manufacturing, ay tahimik na nagrerebolusyon sa paraan ng paggawa, na may daan‑daang materyales na ngayon ay magagamit para sa 3D printing.  Gayunpaman, marahil ang pinaka‑kapanapanabik na materyal ay hindi para sa paggawa kundi para sa medikal na layunin: mga biyolohikal na tisyu.

Maaaring balang araw ay magbigay‑daan ang bioprinting na literal na i‑3D print ang puso, atay, o baga ng tao ayon sa pangangailangan, handa para sa transplantasyon. Ito ay isang paksa na aming tinalakay sa aming artikulo “Organs On Demand: Best 3D Bioprinting Stocks”.

Isang bagong antas sa bioprinting ang naabot ng isang pangkat ng mananaliksik sa University of Wisconsin–Madison, pinamumunuan ni Su‑Chun Zhang, propesor ng neuroscience at neurology. Nakapag‑3D print sila ng mga tisyu ng utak na maaaring lumago at gumana tulad ng karaniwang tisyu ng utak.  Ito ay tunay na rebolusyonaryo at mas mahusay na resulta kumpara sa lahat ng nakaraang pagtatangka na i‑3D print ang mga tisyu ng utak hanggang ngayon.

Optimized Bio‑Ink

Ang susi sa siyentipikong breakthrough na ito ay ang pag‑aangkop ng karaniwang teknik para sa bioprinting sa mga partikular na pangangailangan ng mga neuron.

Karaniwan, ang bioprinting ay nagdadagdag ng mga selula isa sa ibabaw ng isa nang patayo, gamit ang ilang kumplikadong materyal na scaffold. Sa halip, ang pangkat ni Zhang ay gumamit ng disenyo na pahalang, at gumamit ng mas malambot na bio‑ink gel kaysa dati.

Ang mas malambot na gel ay nagpapahintulot sa mga neuron na lumaki at makipag‑ugnayan sa isa’t isa katulad ng sa totoong utak. Ang medyo manipis na gel ay nagbigay din ng mas mahusay na pagpasok ng oxygen, at ang manipis na lumaking tisyu ay maaaring ganap na sumipsip ng mga nutrisyon mula sa gel.

Pinagmulan: Cell Stem Cell

Sa kabuuan, ito ay lumilikha ng tisyu na mas kahawig ng totoong tisyu ng utak kaysa sa anumang umiiral na modelo. Hindi lamang mas konektado ang mga tisyu, kundi posible rin para sa mga neuron na makipag‑komunika nang normal sa isa’t isa, pati na rin magdagdag ng mga selulang sumusuporta sa mga tisyu. Ang mga selulang sumusuporta ay hindi mga neuron na kasali sa neuronal/nerbiyos na aktibidad ngunit gumaganap ng mahalagang papel sa pagpapanatiling functional at malusog ang mga aktibong neuron.

A New Research Tool

Kung ihahambing sa kasalukuyang ginagamit, cerebral organoids, ang mga 3D printed na tisyu ng utak ay mas makatotohanan at kapaki‑pakinabang sa pag‑unawa kung paano gumagana ang totoong utak.

Pinagmulan: Broad Institute

Sa pamamagitan ng ganap na pagkontrol sa estruktura ng modelong tisyu ng utak, maaaring gamitin ng mga mananaliksik ang teknik na ito upang lumikha ng makatotohanang replika ng mga utak na may Alzheimer’s disease, Down syndrome, atbp.

“Dahil maaari naming i‑print ang tisyu ayon sa disenyo, magkakaroon kami ng isang tinukoy na sistema upang pag‑aralan kung paano gumagana ang network ng ating utak. Maaari naming tingnan nang napaka‑tiyak kung paano nag‑uusap ang mga selula ng nerbiyos sa isa’t isa sa ilalim ng tiyak na mga kondisyon dahil maaari naming i‑print eksaktong kung ano ang gusto namin.”

Habang ang utak ay gumagana bilang isang network, ang mataas na antas ng interkonektibidad ay magiging mahalaga para sa pag‑usad ng pundamental na pananaliksik.

Ang pinakamagandang bahagi ay ang teknik na ito sa pag‑print ay hindi nangangailangan ng anumang bagong kagamitan. Maaari itong gawin gamit ang isang komersyal na 3D printer na pang‑bench, at ang pagsusuri ng mga neuron ay maaaring isagawa gamit ang mga karaniwang metodolohiya tulad ng microscope imaging at electrodes, na karaniwan na sa mga laboratoryo ng neurology.

Bioprinting Stocks

1. BICO Group AB

Gumamit ang pangkat ni Pr Zhang ng Cellink printer upang isagawa ang kanilang bioprinting ng mga tisyu ng utak.

Noong 2021, pinalitan ang pangalan ng Cellink bilang BICO Group, matapos nitong bilhin ang Cytena noong 2019 at Scienion noong 2020. Ang Cellink ay nananatiling pangalan ng tatak para sa bahagi ng negosyo na bioprinting.

Bioprinting ay kumakatawan sa Q3 2023 na $16M sa benta, bukod sa $28M sa biosciences at $12M sa bioautomation.

Pinagmulan: BICO Group AB

Bagaman hindi nag‑iisa sa larangan, malinaw na napaka‑advanced na tagagawa ng kagamitan sa bioprinting ang Cellink. Ipinapakita ng tagumpay ni Pr Zhang gamit ang mga makinang ito ang kanilang potensyal sa pananaliksik sa neurology, isang larangan na sa ngayon ay hindi talaga gumagamit ng bioprinting.

Sa pangmatagalan, malamang na magbabago ang mga kumpanyang bioprinting mula sa pagbibigay ng mga kasangkapan sa mga mananaliksik tungo sa pagiging supplier ng mga terapiyang bioprinting ng mga pharmaceutical company para sa mga pasyente. Ito ay magbabago nang lubusan sa bilang ng mga bioprinter na ginagamit at, higit sa lahat, sa dami ng mga consumable na nabebenta bawat buwan.

Ito ay kaparehong proseso na nangyari sa iba pang mga tagagawa ng kagamitan sa biolab, kabilang ang mga makina para sa genome sequencing mula sa PacBio (PACB) at Illumina (ILMN), na nagtatapos sa paggawa ng 80% ng kanilang kita mula sa paulit‑ulit na benta ng mga consumable.

2. Organovo

Ang proprietary na teknolohiya ng Organovo ay gumagamit ng 3D‑printed na tisyu ng tao upang tularan ang mahahalagang aspeto ng totoong tisyu ng tao, kabilang ang komposisyon, arkitektura, function, at sakit.

Ginamit ito upang makahanap ng mga bagong molekula na may potensyal na therapeutic. Sa pamamagitan ng unang pag‑validate ng mga potensyal na molekula sa 3D tissue model, inaasahan ng kumpanya na mabawasan ang panganib ng kabiguan sa clinical trial, salamat sa mas makatotohanang in‑vitro na cellular model bago isagawa ang anumang pagsubok sa tao.

Ang pipeline ng Organovo ay nakatuon sa Inflammatory Bowel Disease (IFD) at liver fibrosis, na may isang programa sa phase 2/3 ng clinical trial at isa sa phase 1. Inaasahan ang mga resulta ng Phase 2a POC sa ikalawang kalahati ng 2025.

Pinagmulan: Organovo

Mayroong 2.1 milyong kaso sa US noong 2022 at 13 milyong kaso sa buong mundo ng ulcerative colitis, isang anyo ng IFD, na kumakatawan sa $6.6B na merkado. Inaasahan din itong patuloy na lalago ng 6% CAGR hanggang 2032, na magiging $12B na merkado.

Dahil gumagamit ang Organovo ng makatotohanang simulasyon ng tisyu ng bituka, na may polarized epithelium at interstitial layer, malamang na mayroon silang mahusay na representasyon in‑vitro kung paano gagana ang kanilang gamot para sa pasyente.

Pinagmulan: Organovo

Ginagawa nitong isang kawili‑wiling stock ang Organovo para sa mga mamumuhunan na nais samantalahin ang mga unang yugto ng bioprinting at ang paggamit nito bilang modelo para sa mga biotech na kumpanya upang matuklasan ang mga bagong therapy.