UC San Diego-projektet har til formål at bioprinte patientspecifikke transplanterbare menneskelige lever

UC San Diego-projektet har til formål at bioprinte patientspecifikke transplanterbare menneskelige lever

Leversvigt er en af ​​de mest alvorlige og dødelige sygdomme, der kræver tusindvis af liv hvert år, mens patienter over hele USA venter på et donororgan. Et forskningsprojekt på op til $25,8 millioner ved University of California San Diego, finansieret af Advanced Research Projects Agency for Health (ARPA-H), har til formål at ændre dette ved at udvikle en fuldt funktionel, patientspecifik, 3D-bioprintet lever.

Ledet af 3D-bioprint-ekspert Shaochen Chen, professor i Aiiso Yufeng Li Family Department of Chemical and Nano Engineering ved UC San Diego Jacobs School of Engineering, samler projektet et tværfagligt team af specialister på tværs af UC San Diego campus inden for ingeniørvidenskab, leverbiologi, leverbilleddannelse, leverkirurgi og kunstig intelligens. Målet er at skabe "skræddersyede" lever dyrket fra en patients egne celler. Tilgangen kunne give et sikkert, skalerbart alternativ til transplantation, hvilket eliminerer behovet for donororganer og livslange immunsuppressiva.

Når folk tænker på 3D-print, tænker de ofte på at lave gadgets som mobiltelefonholdere eller legetøj, ikke menneskelige organer. Behovet for organtransplantationer er imidlertid enormt, og 3D-bioprint er ideel til at løse denne udfordring, da det giver os mulighed for at tilpasse hvert organ til patienten. Vores ultimative mål – den hellige gral – er at hjælpe med at løse organmanglen ved at printe ægte, levende menneskelige organer, der kan genoprette sundhed og livskvalitet.”

Shaochen Chen, professor i Aiiso Yufeng Li Family Department of Chemical and Nano Engineering, UC San Diego Jacobs School of Engineering

Målene for dette projekt repræsenterer kulminationen på mere end to årtiers innovation inden for 3D-bioprint af Chen og hans laboratorium. Sammen har teamet udviklet en teknologi, der hurtigt kan producere højopløseligt biologisk væv med komplekse, flercellede strukturer på sekunder i stedet for timer.

Chen og hans team integrerede for nylig kunstig intelligens i design- og fremstillingsprocessen for at hjælpe med at konstruere sofistikerede vaskulære netværk. Dette, forklarede Chen, er en af ​​de største udfordringer ved at opskalere små vævsprøver til levende organer i fuld størrelse.

Gennem dette nye initiativ vil holdet nu bruge disse kumulative fremskridt til at tackle deres hidtil mest ambitiøse mål: bioprinting af en liv-størrelse, transplanterbar menneskelig lever.

Hvis det lykkes, sagde Chen, kan projektet give en on-demand-kilde til funktionelt levervæv til transplantation og potentielt redde livet for mere end 12.000 patienter hvert år i USA, som i øjeblikket er på ventelisten til transplantation. Tilgangen kan også reducere sundhedsomkostningerne betydeligt og forbedre langsigtede resultater for patienter med kronisk leversygdom.

"I årtier har transplantationssamfundet drømt om en fremtid, hvor tusindvis af patienters skæbne hvert år ikke længere bestemmes af manglen på donororganer," sagde Gabriel Schnickel, professor i kirurgi ved UC San Diego School of Medicine, chef for afdelingen for transplantation og hepatobiliær kirurgi på UC San Diego Health og medforsker på projektet. "Dette arbejde har potentialet til fundamentalt at ændre utallige liv ved at tage denne vision fra ønske til virkelighed."

Andre UC San Diego medforskere på projektet inkluderer David Berry, Ahmed El Kaffas, Padmini Rangamani, Bernd Schnabl og Claude Sirlin fra UC San Diego School of Medicine og Rose Yu fra UC San Diego Jacobs School of Engineering.

Forskerne samarbejder med Allele Biotechnology, en industripartner med ekspertise i personaliserede teknologier og metoder til generering af stamceller til effektivt at producere forskellige celletyper, der er nødvendige for at bioprinte lever til transplantation. San Diego-virksomheden, grundlagt af dens administrerende direktør Jiwu Wang, har også specialiserede celleproduktionsfaciliteter, der opfylder regulatoriske standarder. Sammen planlægger teamet at videreudvikle processen fra laboratoriekvalitet til klinisk produktion.

Fra innovation til reel effekt

I modsætning til traditionelle 3D-printmetoder bruger Chens teknologi digitalt kontrollerede lysmønstre til at størkne cellefyldte materialer lag for lag - hvilket giver forskerne mulighed for præcist at genskabe den delikate mikroarkitektur af levende væv, herunder indviklede netværk af blodkar.

I årenes løb har Chens team forfinet både bioprintprocessen og de biomaterialer - kaldet bioinks - der er nødvendige for at understøtte levende menneskelige celler. I 2016 nåede de en stor milepæl ved at demonstrere, at deres bioprintteknologi kan skabe naturtro menneskelige levervævsmodeller. Selvom de kun er få millimeter store, replikerede disse trykte væv tæt strukturerne og funktionerne i en ægte menneskelig lever. Og fordi levervævene er afledt af human-inducerede pluripotente stamceller, er de patientspecifikke, hvilket reducerer risikoen for immunafstødning.

Med udgangspunkt i denne succes grundlagde Chen og hans team et startup-firma, Allegro 3D (nu Cellink), for at bringe teknologien ud over laboratoriet. Mens de arbejdede på at kommercialisere bioprint-platformen, udviklede de gradvist systemet fra en eksperimentel prototype til en printer i industriel skala, der var i stand til at producere meget større og mere komplekse strukturer.

"UC San Diego er unikt positioneret til at lede denne type arbejde," sagde Chen. "Vi har en top ti ingeniørskole og en top medicinsk skole på tværs af campus. Vi har en stærk samarbejdskultur, der gør det nemt at bringe ingeniører, klinikere og biologer sammen for at tackle et problem af denne størrelsesorden."

Kilder: