Wissenschaftler am Terasaki Institute for Biomedical Innovation (TIBI) haben Fortschritte im 3D-Bioprinting von Skelettmuskulaturgewebe erzielt. Dabei wird ein speziell formuliertes Bioink verwendet, das Mikropartikel enthält, die für die nachhaltige Abgabe von Insulin-like Growth Factor-1 (IGF-1) konstruiert wurden. Dieser fördert die Bildung von ausgereiftem Muskelgewebe und erleichtert die strukturelle Ausrichtung. Diese Methode kann zu erfolgreichen Therapien für Personen mit Muskelverlust oder -verletzungen führen. Aktuelle Behandlungen für Muskelverlust beinhalten die Übertragung von gesundem Muskelgewebe auf die Verletzungsstelle, aber Komplikationen können die vollständige Genesung behindern. Der normale Prozess der Muskelentwicklung beinhaltet die Fusion von Myoblasten zur Bildung von Myotuben, aus denen sich ausgereifte Muskelfasern entwickeln. Eine präzise zelluläre Ausrichtung und Orientierung sind entscheidend für Muskelkontraktion und -funktion. Frühere Versuche, skelettartiges Muskelgewebe zu kultivieren, hatten Schwierigkeiten, eine korrekte Zellreifung und Muskelkontraktion zu erreichen. Die TIBI nutzt den 3D-Bioprinting-Ansatz mit einem Bioink aus GelMA, Myoblastenzellen und Mikropartikeln für die nachhaltige Abgabe von IGF-1. Die nachhaltige Freisetzung von IGF-1 fördert die Muskelregeneration und Reparatur, wie anhand einer verbesserten Ausrichtung, Fusion, Differenzierung, Wachstum, Verlängerung und spontanen Kontraktion von Muskelgewebskonstrukten beobachtet wurde. Präklinische Studien mit implantierten Mäusen zeigten den höchsten Grad an Muskelgeweberegeneration in Konstrukten mit nachhaltiger IGF-1-Freisetzung. Die nachhaltige Freisetzung von IGF-1 löste auch eine vorteilhafte entzündliche Reaktion zur Gewebereparatur aus. Der Direktor und CEO von TIBI, Ali Khademhosseini, Ph.D., erklärte, dass diese Strategie das Potenzial hat, funktionales, kontrahierendes Muskelgewebe therapeutisch herzustellen.
Einführung
Ein Überblick über die Fortschritte, die von Wissenschaftlern am Terasaki Institute for Biomedical Innovation (TIBI) im Bereich des 3D-Bioprinting von Skelettmuskelgewebe erzielt wurden.
Die Notwendigkeit von Therapien zur Muskelregeneration
Erklärung der derzeitigen Behandlungsmethoden für Muskelverlust und der damit verbundenen Komplikationen. Einführung in den normalen Prozess der Muskelentwicklung und die Bedeutung der zellulären Ausrichtung und Orientierung für die Muskelfunktion.
Herausforderungen bei der Ingenieurskunst von skelettartigem Muskelgewebe
Erörterung der Schwierigkeiten, mit denen frühere Versuche zur Herstellung skelettartigen Muskelgewebes konfrontiert waren, einschließlich der Erreichung einer richtigen Zellreifung und Muskelkontraktion.
Der Ansatz des TIBI: 3D-Bioprinting mit kontinuierlicher IGF-1-Freisetzung
Beschreibung des Ansatzes des TIBI, bei dem 3D-Bioprinting mit einem Bioink verwendet wird, das aus GelMA, Myoblastenzellen und Mikropartikeln zur kontinuierlichen Freisetzung von insulinähnlichem Wachstumsfaktor-1 (IGF-1) besteht.
Die Bioink-Formulierung
Erklärung der Zusammensetzung des Bioinks, einschließlich GelMA, Myoblastenzellen und Mikropartikeln zur kontinuierlichen Freisetzung von IGF-1.
Vorteile der kontinuierlichen IGF-1-Freisetzung
Erörterung der positiven Auswirkungen der kontinuierlichen IGF-1-Freisetzung auf die Muskelregeneration, einschließlich einer verbesserten Ausrichtung, Fusion, Differenzierung, Wachstum und Verlängerung sowie spontaner Kontraktion von Muskelgewebe-Konstrukten.
Präklinische Studien und Ergebnisse
Überblick über die von TIBI durchgeführten präklinischen Studien mit implantierten Mäusen, die den höchsten Grad an Muskelgeweberegeneration in Konstrukten mit kontinuierlicher IGF-1-Freisetzung zeigten.
Die Rolle von Entzündungen bei der Gewebereparatur
Erklärung der vorteilhaften entzündlichen Reaktion, die durch die kontinuierliche Freisetzung von IGF-1 ausgelöst wird, und ihrer Rolle bei der Gewebereparatur.
Auswirkungen auf die therapeutische Schaffung von funktionalem Muskelgewebe
Statement von Ali Khademhosseini, Ph.D., Direktor und CEO des TIBI, zur potenziellen Bedeutung dieses 3D-Bioprinting-Ansatzes für die therapeutische Schaffung von funktionalem, kontrahierendem Muskelgewebe.
Fazit
Zusammenfassung der Fortschritte im 3D-Bioprinting von Skelettmuskelgewebe unter Verwendung eines Bioinks mit kontinuierlicher IGF-1-Freisetzung und des Potenzials für zukünftige Therapien bei der Muskelregeneration und -reparatur.
