Улучшенный биочернила для 3D-биопечати скелетных мышц
Ученые из Института биомедицинских инноваций Терасаки (TIBI) добились прогресса в 3D-биопечати скелетных мышечных тканей, близких к нативным. Ключом к их подходу стали специально разработанные биочернила, содержащие микрчастицы для пролонгированной доставки инсулиноподобного фактора роста-1 (IGF-1).
Как показано в их недавней статье в Macromolecular Bioscience, пролонгированная доставка IGF-1 усиливает образование зрелой скелетной мышечной ткани из клеток-предшественников и способствует их структурному выравниванию. Это повышает эффективность регенеративного процесса и может привести к успешной терапии для людей, страдающих от потери или повреждения мышц.
Потеря скелетной мышцы из-за травмы, болезни или хирургического вмешательства приводит не только к функциональным нарушениям, но и к повреждению связанных тканей, таких как кровеносные сосуды. Текущее лечение — пересадка здоровой мышечной ткани пациента с другого участка. Однако недостаточная иннервация и другие осложнения могут препятствовать полному восстановлению.
Нормальный процесс развития мышц постепенный: круглые клетки-предшественники, миобласты, сливаются, образуя трубчатые клетки — миотубы. Миотубы в конечном итоге развиваются в зрелые мышечные волокна. Помимо созревания, точное выравнивание и ориентация клеток необходимы для успешного сокращения и функции мышц.
Большинство существующих подходов к биоинженерии функциональной мышечной ткани имеют свои проблемы. Например, методы электроспиннинга создают ткань с правильным структурным выравниванием, но её способности к созреванию клеток и мышечному сокращению оказались недостаточными.
Подход TIBI использует 3D-биопечать с биочернилами на основе GelMA (биосовместимого желатин-метакрилатного гидрогеля), миобластов и микрчастиц для пролонгированной доставки IGF-1.
IGF-1 способствует регенерации и восстановлению мышц при наличии не менее десяти дней. Для обеспечения пролонгированного высвобождения IGF-1 в течение нескольких дней исследователи использовали микрофлюидную систему для создания однородных микрчастиц, покрытых IGF-1. IGF-1 постепенно высвобождался с поверхности частиц по мере их деградации.
Через неделю после создания мышечных конструктов с новыми биочернилами исследователи наблюдали улучшенное выравнивание, слияние и дифференцировку миобластов в миотубы, которые также росли и удлинялись значительно больше, чем конструкции без пролонгированной доставки IGF-1. Интересно, что через десять дней после биопечати мышечные конструкции с пролонгированной доставкой IGF-1 начали спонтанно сокращаться.
Доклинические исследования на мышах, получивших имплантаты 3D-биопечатных мышечных конструктов, показали, что через шесть недель после имплантации наибольшую степень регенерации мышечной ткани демонстрировали мыши с конструктами, обеспечивающими пролонгированную доставку IGF-1.
Дополнительные эксперименты in vivo показали, что пролонгированная доставка IGF-1 также запускает хорошо регулируемый воспалительный ответ, полезный для восстановления тканей.
«Пролонгированная доставка IGF-1 способствует созреванию и выравниванию мышечных клеток, что является решающим шагом в восстановлении и регенерации мышечной ткани», — сказал директор и CEO TIBI Али Хадемхоссейни, Ph.D. — «Эта стратегия имеет большой потенциал для терапевтического создания функциональной, сократительной мышечной ткани».