3D-bioprinting Phototunable Hydrogels om de activering van fibroblasten te bestuderen
30 juni 2023
Dit artikel beschrijft hoe je fototunable hydrogels in 3D bioprint om extracellulaire matrixverstijving en fibroblastactivering te bestuderen.
We hebben 3D-modellen van longweefsel ontwikkeld om de wereld te helpen gemakkelijker te ademen. Onze missie is om 3D-biomaterialen en technieken zoals 3D-printen te gebruiken om platforms te bouwen die ons helpen te begrijpen wat chronische longziekten veroorzaakt en hoe we deze aandoeningen beter kunnen behandelen. Een experimentele uitdaging in ons onderzoek is de moeilijkheid om zachte materialen in complexe vormen te 3D-printen.
We zetten cellen nauwkeurig af door onze bioinkt en weefselverdunningssteun te printen die helpt hun vorm te behouden tijdens het printproces. Onze biomaterialen bieden controle over de mechanische eigenschappen van het monster gedurende het hele verloop van het experiment. Deze formulering stelt onderzoekers in staat om cellen te laten groeien in een hydrogel die overeenkomt met de stijfheid van zowel gezond als ziek longweefsel.
Gebruikers kunnen beslissen wanneer ze de monsters willen verstijven en cellulaire reacties willen meten. De foto-afstembare biomaterialen die in dit protocol worden gebruikt, maken het mogelijk om een zachter model te creëren, dat later kan worden verstijfd om cellulaire reacties op verstijving van micro-omgevingen te onderzoeken. Vergelijkbare technieken die een statisch biomateriaal gebruiken in plaats van een foto-afstembaar biomateriaal resulteren in een model dat na het printen niet kan worden verstijfd.
Resultaten van andere onderzoeken in ons laboratorium suggereren dat geslacht en leeftijd een cruciale rol spelen bij de progressie van longziekten. Toekomstige modellen zullen deze variabelen bestuderen en meer complexiteit bevatten, zoals extra celspecifieke lagen. Het koppelen van deze inspanningen zal resulteren in meer realistische bioprints en leiden tot nieuwe manieren om fibrotische ziekten te behandelen.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel beschrijft de engineering van 3D-modellen van longweefsel met behulp van fototuneerbare hydrogels. Deze modellen zijn ontworpen om de verstijving van de extracellulaire matrix en de activatie van fibroblasten te bestuderen, wat bijdraagt aan het begrip van chronische longziekten.
Belangrijkste onderdelen van het onderzoek
Wetenschappelijk gebied
- 3D-bioprinten
- Onderzoek naar de extracellulaire matrix
- Longweefselmodellering
Achtergrond
- Chronische longziekten vormen aanzienlijke gezondheidsuitdagingen.
- Het begrijpen van de mechanische eigenschappen van longweefsel is cruciaal voor de ontwikkeling van behandelingen.
- 3D-printtechnieken kunnen complexe weefselstructuren creëren.
- Hydrogels kunnen de stijfheid van zowel gezond als ziek weefsel nabootsen.
Doel van de studie
- Het ontwikkelen van een methode voor het 3D-bioprinten van hydrogels.
- Het onderzoeken van de effecten van de stijfheid van de extracellulaire matrix op het gedrag van fibroblasten.
- Het creëren van een platform voor het bestuderen van mechanismen van chronische longziekten.
Gebruikte methoden
- 3D-bioprinting van fototuneerbare hydrogels.
- Gebruik van shear-thinning ondersteuningsbaden voor celdepositie.
- Controle van mechanische eigenschappen tijdens experimenten.
- Vergelijking van celgroei in hydrogels die gezond en ziek longweefsel nabootsen.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle 3D-print van hydrogels met instelbare stijfheid.
- Aangetoonde fibroblastactivatie als reactie op matrixstijfheid.
- Inzichten verschaft in de mechanische eigenschappen van longweefsel.
- Een nieuw platform opgezet voor onderzoek naar chronische longziekten.
Conclusies
- De studie bevordert het begrip van de mechanica van longweefsel.
- 3D-bioprinten kan ziektecondities effectief modelleren.
- Bevindingen kunnen toekomstige therapeutische strategieën voor longziekten informeren.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Management
Dynamische 3D-bioprinting van fototunbare hydrogels maakt precieze modellering mogelijk van de verstijving van de extracellulaire matrix (ECM), een belangrijke drijver bij de progressie van fibrotische ziekten. Deze mogelijkheid ondersteunt mechanische risicoreductie en doelwitvalidatie voor fibroblast-activatiepaden, wat direct bijdraagt aan besluitvorming in vroege stadia van portfolio's voor onderzoek naar chronische longziekten. De aanpak vergroot het voorspellende vertrouwen door temporele controle over micro-omgevingssignalen binnen ziekterelevante 3D-systemen mogelijk te maken.
Strategische toepassingen in biopharma R&D
Vroege ontdekking & validatie van doelwitten
- Maakt het mogelijk om fibroblastactivatiemechanismen te onderzoeken als reactie op gecontroleerde ECM-verstijving.
- Ondersteunt functionele targetvalidatie door ziekte-relevante micro-omgevingsveranderingen te reproduceren.
- Faciliteert mechanistische risicoreductie voor pathways die betrokken zijn bij fibrose en weefselremodellering.
Screening & Assayontwikkeling
- Biedt een platform voor gestandaardiseerde 3D-celkweek met instelbare mechanische eigenschappen.
- Maakt reproduceerbare beoordeling van cellulaire reacties op veranderingen in de micro-omgeving mogelijk.
- Ondersteunt kwantitatieve readouts van fibroblast-viabiliteit en -activatie binnen fysiologisch relevante constructen.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Rijgt in vitro-modellen uit in lijn met ziekte-relevante weefselmechanica voor translationele biomarkerstudies.
- Handhaaft continuïteit van ontdekking tot preklinische validatie door dynamische ECM-modulatie mogelijk te maken.
- Vermindert het translationele risico door progressieve weefselverstijving te modelleren zoals waargenomen bij fibrotische ziekten.
Integratie van Pipeline & Workflow
Deze methode integreert in het continuüm van ontdekking naar preklinisch onderzoek door hypothese-gestuurde studies naar ECM-gestuurde celactivatie mogelijk te maken en de ontwikkeling van downstream assays voor fibrose-onderzoek te ondersteunen.
- Discovery Biology: Faciliteert het toetsen van de nulhypothese met betrekking tot fibroblastactivatie als reactie op verstijving van de ECM.
- Screening: Levert assay-klare 3D-constructen met instelbare stijfheid voor de evaluatie van verbindingen.
- Analytics: Biedt kwantitatieve metingen van levensvatbaarheid en activatie voor vergelijkende analyse.
- Translationeel onderzoek: Slaat de brug tussen in vitro bevindingen en preklinische modellen door ziekterelateerde mechanische signalen na te bootsen.
- Enterprise Reuse: Biedt een modulair platform dat aanpasbaar is aan diverse weefsel- en ziektestellen die dynamische ECM-controle vereisen.
Operationele impact en impact op de organisatie
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen bij target-validatie en mechanistische studies naar fibrose.
- Operationele waarde: Standaardiseert 3D-bioprinting workflows voor reproduceerbare en schaalbare modelgeneratie.
- Strategische waarde: Verbetert de go/no-go besluitvorming door dynamische modellering van ziekteprogressie mogelijk te maken.
- Impact op portfolio: Ondersteunt de risico-gecorrigeerde prioritering van fibrose-gerelateerde targets en pathways.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in 3D-bioprinten en hydrogelchemie voor de uitvoering van het protocol.
- Vereist toegang tot bioprintapparatuur en gecontroleerde lichtbronnen voor fotostiffening.
- Maakt standaardisatie tussen teams van de bioink-formulering en printparameters noodzakelijk.
- Aanpasbaar aan verschillende celtypen en weefselmodellen door optimalisatie van het protocol.
- Beperkt door de noodzaak voor nauwkeurige controle van de pH en foto-initiatorconcentraties om reproduceerbaarheid te garanderen.
