09 juni 2023 (Nanowerk Nieuws) Wetenschappers van de UCL, het Great Ormond Street Hospital en de Universiteit van Padua hebben aangetoond hoe 3D-printen kan worden bereikt in 'mini-organen' die groeien in hydrogelen, wat zou kunnen helpen om beter te begrijpen hoe kanker zich door verschillende weefsels verspreidt.
Representatieve 3D-reconstructie van drie onafhankelijke replica's van een HCC-Gel spiraalvormige hydrogel vervaardigd met behulp van de vrije lijnscanmodus. Δz = 30µμm. Coördinaten worden in rood weergegeven; schaalbalk, 100 µm. (Afbeelding: Urciuolo en Giobbe et al.) De nieuwe techniek kan helpen de vorm en activiteit van de mini-organen te beheersen en zelfs weefsel te dwingen tot 'schimmels' te groeien. De onderzoekers hopen dat teams hierdoor realistische modellen van organen en ziekten kunnen maken en cellen en organen nauwkeuriger kunnen bestuderen. Organoïde wetenschap is een bijzonder veelbelovend onderzoeksgebied van het Zayed Centre for Research (een samenwerking tussen het UCL Great Ormond Street Institute for Child Health en het Great Ormond Street Hospital). Het gaat om het maken van microversies van organen zoals de maag, darmen en longen. Het weefsel groeit echter bijna altijd op een ongecontroleerde manier en vertegenwoordigt niet de complexe structuur van natuurlijk voorkomende organen. Dit is vooral belangrijk omdat de vorm en structuur van een orgaan net zo cruciaal is als de cellulaire opbouw. Het nieuwe onderzoek, gepubliceerd in Nature Communications (” Hydrogel-in-hydrogel live bioprinting voor begeleiding en controle van organoïden en organotypische culturen”), laat voor het eerst zien hoe wetenschappers vaste structuren in een reeds bestaande gel kunnen creëren om specifieke patronen in realtime te laten stollen, waarbij organoïden die in de gel groeien naar een bepaalde structuur worden geleid met behulp van licht van een hoogwaardige microscoop. Dit betekent dat elke cel in het groeiende mini-orgaan of hele organoïden op een specifieke en precieze manier zal groeien.
Om bijvoorbeeld te bestuderen hoe kanker door weefsel van verschillende hardheid en dichtheid reist, creëerde het team geharde gelkooien rond kankercellen en volgde het hoe hun beweging veranderde afhankelijk van de dichtheid van de omgeving - dit is belangrijk voor het begrijpen van de verspreiding van kanker.
Door betere ziektemodellen te creëren, zullen toekomstige onderzoeken betrouwbaarder zijn en resultaten van betere kwaliteit opleveren. Onderzoekers hopen dat dit uiteindelijk zal leiden tot een vermindering van dierproeven.
Het team is nu van plan om de techniek te gebruiken om na te bootsen en te bestuderen wat er met de functie van een orgaan gebeurt als het niet goed groeit – bijvoorbeeld bij veel misvormingen die zich in de vroege stadia van de zwangerschap ontwikkelen.
Het werk zou ook kunnen leiden tot behandeling door het aanbrengen van biologisch nauwkeurige 'pleisters' in levende organen.
Mede-hoofdauteur van het onderzoek, dr. Giovanni Giobbe (UCL Great Ormond Street of Child Health), zei: “Het was verbazingwekkend om te zien hoe deze precieze structuren zich voor onze ogen begonnen te vormen dankzij onze kleine maar nauwgezette aanpassingen in de polymeergel.
"We zijn erg verheugd om te zien waar dit ons kan brengen in het begrijpen van ziekten bij de mens en op een dag de behandeling." Om het 'printen' van de techniek te verkennen, paste het team de methode toe op verschillende situaties.
Om bijvoorbeeld neuronen te bestuderen, zou organoïde-onderzoek traditioneel ongeordende bundels neuronen creëren die onmogelijk te isoleren en te bestuderen zijn. Met deze techniek kan het team echter geharde gel-'rails' maken waar de neuronen langs kunnen groeien, zoals de rijstroken van een olympisch zwembad.
Om ervoor te zorgen dat microscopische darmen worden gemaakt met dezelfde vorm als 'echte' zich ontwikkelende darmen, creëerde het team ondertussen een complexe hydrogelvorm die organoïden in vormen leidde die de complexe structuur nabootsen van een zich ontwikkelende darm genaamd 'crypten' en 'villi'.
Evenzo waren wetenschappers in staat een hydrogel te modelleren om longcellen aan te moedigen vertakkingen te maken, zoals in een echte long.
Professor Paolo De Coppi (UCL Great Ormond Street Institute of Child Health, kinderchirurg bij GOSH, en co-leider van het thema weefsel en engineering en regeneratieve geneeskunde bij het NIHR GOSH BRC), zei: "Dit werk is een uitstekend voorbeeld van hoe we kunnen interdisciplinaire, internationale teams samenbrengen om ons onderzoek te verbeteren en patiënten te helpen.
“Teams bij GOSH en UCL die gespecialiseerd zijn in organoïde-onderzoek in het VK, in samenwerking met Italiaanse teams die gespecialiseerd zijn in het ontwerp en de toepassing van gelprinten, hebben ervoor gezorgd dat dit ongelooflijke en mooie onderzoek tot bloei is gekomen. Dit zal implicaties hebben voor laboratoriumonderzoek om ons begrip van ziekte te verbeteren, maar kan ook leiden tot intramurale toepassingen en behandelingen." De volgende stappen voor dit werk zullen zijn om deze gecontroleerde, gevormde en gerichte mini-organen te bestuderen om beter te begrijpen hoe ze echte organen en toestanden in het lichaam kunnen nabootsen.
Dr. Anna Uriuolo (Universiteit van Padova en hoofd van het Neuromuscular Engineering Lab van het Institute of Pediatric Research) zei: “Dit werk is een voorbeeld van de vooruitgang van de multidisciplinaire benadering die explosief toeneemt in biomedisch onderzoek.
Representatieve 3D-reconstructie van drie onafhankelijke replica's van een HCC-Gel spiraalvormige hydrogel vervaardigd met behulp van de vrije lijnscanmodus. Δz = 30µμm. Coördinaten worden in rood weergegeven; schaalbalk, 100 µm. (Afbeelding: Urciuolo en Giobbe et al.) De nieuwe techniek kan helpen de vorm en activiteit van de mini-organen te beheersen en zelfs weefsel te dwingen tot 'schimmels' te groeien. De onderzoekers hopen dat teams hierdoor realistische modellen van organen en ziekten kunnen maken en cellen en organen nauwkeuriger kunnen bestuderen. Organoïde wetenschap is een bijzonder veelbelovend onderzoeksgebied van het Zayed Centre for Research (een samenwerking tussen het UCL Great Ormond Street Institute for Child Health en het Great Ormond Street Hospital). Het gaat om het maken van microversies van organen zoals de maag, darmen en longen. Het weefsel groeit echter bijna altijd op een ongecontroleerde manier en vertegenwoordigt niet de complexe structuur van natuurlijk voorkomende organen. Dit is vooral belangrijk omdat de vorm en structuur van een orgaan net zo cruciaal is als de cellulaire opbouw. Het nieuwe onderzoek, gepubliceerd in Nature Communications (” Hydrogel-in-hydrogel live bioprinting voor begeleiding en controle van organoïden en organotypische culturen”), laat voor het eerst zien hoe wetenschappers vaste structuren in een reeds bestaande gel kunnen creëren om specifieke patronen in realtime te laten stollen, waarbij organoïden die in de gel groeien naar een bepaalde structuur worden geleid met behulp van licht van een hoogwaardige microscoop. Dit betekent dat elke cel in het groeiende mini-orgaan of hele organoïden op een specifieke en precieze manier zal groeien.
Om bijvoorbeeld te bestuderen hoe kanker door weefsel van verschillende hardheid en dichtheid reist, creëerde het team geharde gelkooien rond kankercellen en volgde het hoe hun beweging veranderde afhankelijk van de dichtheid van de omgeving - dit is belangrijk voor het begrijpen van de verspreiding van kanker.
Door betere ziektemodellen te creëren, zullen toekomstige onderzoeken betrouwbaarder zijn en resultaten van betere kwaliteit opleveren. Onderzoekers hopen dat dit uiteindelijk zal leiden tot een vermindering van dierproeven.
Het team is nu van plan om de techniek te gebruiken om na te bootsen en te bestuderen wat er met de functie van een orgaan gebeurt als het niet goed groeit – bijvoorbeeld bij veel misvormingen die zich in de vroege stadia van de zwangerschap ontwikkelen.
Het werk zou ook kunnen leiden tot behandeling door het aanbrengen van biologisch nauwkeurige 'pleisters' in levende organen.
Mede-hoofdauteur van het onderzoek, dr. Giovanni Giobbe (UCL Great Ormond Street of Child Health), zei: “Het was verbazingwekkend om te zien hoe deze precieze structuren zich voor onze ogen begonnen te vormen dankzij onze kleine maar nauwgezette aanpassingen in de polymeergel.
"We zijn erg verheugd om te zien waar dit ons kan brengen in het begrijpen van ziekten bij de mens en op een dag de behandeling." Om het 'printen' van de techniek te verkennen, paste het team de methode toe op verschillende situaties.
Om bijvoorbeeld neuronen te bestuderen, zou organoïde-onderzoek traditioneel ongeordende bundels neuronen creëren die onmogelijk te isoleren en te bestuderen zijn. Met deze techniek kan het team echter geharde gel-'rails' maken waar de neuronen langs kunnen groeien, zoals de rijstroken van een olympisch zwembad.
Om ervoor te zorgen dat microscopische darmen worden gemaakt met dezelfde vorm als 'echte' zich ontwikkelende darmen, creëerde het team ondertussen een complexe hydrogelvorm die organoïden in vormen leidde die de complexe structuur nabootsen van een zich ontwikkelende darm genaamd 'crypten' en 'villi'.
Evenzo waren wetenschappers in staat een hydrogel te modelleren om longcellen aan te moedigen vertakkingen te maken, zoals in een echte long.
Professor Paolo De Coppi (UCL Great Ormond Street Institute of Child Health, kinderchirurg bij GOSH, en co-leider van het thema weefsel en engineering en regeneratieve geneeskunde bij het NIHR GOSH BRC), zei: "Dit werk is een uitstekend voorbeeld van hoe we kunnen interdisciplinaire, internationale teams samenbrengen om ons onderzoek te verbeteren en patiënten te helpen.
“Teams bij GOSH en UCL die gespecialiseerd zijn in organoïde-onderzoek in het VK, in samenwerking met Italiaanse teams die gespecialiseerd zijn in het ontwerp en de toepassing van gelprinten, hebben ervoor gezorgd dat dit ongelooflijke en mooie onderzoek tot bloei is gekomen. Dit zal implicaties hebben voor laboratoriumonderzoek om ons begrip van ziekte te verbeteren, maar kan ook leiden tot intramurale toepassingen en behandelingen." De volgende stappen voor dit werk zullen zijn om deze gecontroleerde, gevormde en gerichte mini-organen te bestuderen om beter te begrijpen hoe ze echte organen en toestanden in het lichaam kunnen nabootsen.
Dr. Anna Uriuolo (Universiteit van Padova en hoofd van het Neuromuscular Engineering Lab van het Institute of Pediatric Research) zei: “Dit werk is een voorbeeld van de vooruitgang van de multidisciplinaire benadering die explosief toeneemt in biomedisch onderzoek.
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- EVM Financiën. Uniforme interface voor gedecentraliseerde financiën. Toegang hier.
- Quantum Media Groep. IR/PR versterkt. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3 gegevensintelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- Bron: https://www.nanowerk.com/news2/biotech/newsid=63151.php
