Ein Schritt näher an künstlichen Organen: UV-Licht formt Arteriolen-Hydrogelgefäße

Forscher in Japan haben einen Durchbruch auf dem Gebiet der synthetischen Biologie erzielt, indem sie eine neuartige Photofabrikationstechnik entwickelt haben, die die Herstellung von arteriolengroßen röhrenförmigen Hydrogelen ermöglicht. Die in Advanced Materials veröffentlichte Studie beschreibt eine Methode, die ultraviolettes (UV) Licht verwendet, um komplexe Hydrogelstrukturen zu formen und die Vision vollständig künstlicher Organe möglicherweise der Realität näher zu bringen.

Diese Oberflächenspannung bildet einen Meniskus, der die Flüssigkeit ähnlich wie die Oberfläche des Wassers in einem Glas krümmt. Wenn es UV-Licht ausgesetzt ist, verfestigt sich das Hydrogel an dieser gekrümmten Schnittstelle zu einer ringartigen Struktur. Durch die Wiederholung dieses Prozesses in bestimmten Abständen entlang des Kanals konnten die Forscher eine Reihe von miteinander verbundenen Ringen aufbauen, die schließlich eine hohle, röhrenförmige Hydrogelstruktur bilden. Diese Strukturen ahmen die Abmessungen und die Krümmung natürlicher Arteriolen nach, die für die Bereitstellung von Sauerstoff und Nährstoffen an Gewebe unerlässlich sind.

Die Bedeutung dieses Fortschritts liegt in seinem Potenzial, eine große Hürde bei der Entwicklung künstlicher Organe zu überwinden, indem ein funktionelles Gefäßnetzwerk aufgebaut wird. Während bestehende Techniken kleinere Kapillaren oder größere Arterien erzeugen können, lag die Herausforderung immer in der Herstellung von Arteriolen, die als entscheidendes Bindeglied zwischen diesen beiden Arten von Gefäßen dienen.

Das Verfahren ermöglicht die Herstellung von Hydrogel-Röhren mit präzise kontrollierten Lumen-Größen und komplexen Geometrien, wie zum Beispiel gekrümmten und verzweigten Designs. Darüber hinaus können mehrere Materialien in eine einzige Struktur integriert werden, wodurch der Herstellungsprozess rationalisiert und der Abfall im Vergleich zu herkömmlichen Methoden minimiert wird. Diese Fähigkeit ist entscheidend für die Replikation der komplizierten Architektur, die in biologischen Gefäßsystemen erforderlich ist.

Das Team zeigte, dass ihre Methode robuste, röhrenförmige Strukturen mit biologisch relevanten Hydrogelen herstellen kann, um sicherzustellen, dass sie ihre Integrität während der Herstellung beibehalten. Der Prozess kann auch durch die Integration der Bildverarbeitung und synchronisierter UV-Bestrahlung automatisiert werden, was zu glatteren und gleichmäßigen Oberflächen führt, als dies zuvor möglich war. Der Hauptautor Yuki Kamiya betonte die breiteren Auswirkungen dieser Arbeit und stellte fest, dass die Integration solcher Hydrogel-Herstellungssysteme mit mikrofluidischen Strömungssteuerungskomponenten ein großes Versprechen für die Herstellung von Gefäßmodellen bietet, die Aspekte lebender Systeme reproduzieren.

Diese Modelle könnten eine zentrale Rolle bei der Weiterentwicklung von synthetischen Geweben und Organen spielen. Über das Gebiet der künstlichen Organe hinaus hat die Technologie potenzielle Anwendungen in der Arzneimittelforschung, der Krankheitsmodellierung, der Lebensmitteltechnologie, der weichen Robotik und biohybrischen Systemen.