Ein innovatives Verfahren zur Erzeugung künstlicher Gefäßsysteme in menschlichem Gewebe wurde von Forschern der Binghamton University entwickelt. Diese bahnbrechende Arbeit stellt einen bedeutenden Fortschritt im Bereich der Gewebetechnik dar und könnte die Herstellung komplexer Organmodelle maßgeblich verändern. Die Ergebnisse dieser Forschung, die am Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science stattfand, wurden im Jahr 2023 veröffentlicht.
Das Forschungsteam, geleitet von Professor Ying Wang und Professor Yingge Zhou, setzte sich zum Ziel, die bisherigen Beschränkungen hinsichtlich der Größe und Funktionalität von künstlich hergestelltem Gewebe zu überwinden. Bislang stellte die unzureichende Blutzirkulation ein erhebliches Hindernis dar. Dieser Mangel führte oft zur Nekrose – dem Absterben von Zellen aufgrund fehlender Sauerstoff- und Nährstoffversorgung. Solche Defizite verhinderten die Entwicklung komplexerer Gewebestrukturen und limitierten die Dicke des gezüchteten Materials.
Um dieses Problem zu lösen, nutzten die Wissenschaftler hochentwickelte Nanofabrikationstechniken, um Mikrotubuli innerhalb von Hydrogel-Gerüsten zu erzeugen. Diese Mikrokanäle, deren Durchmesser präzise zwischen 1 und 10 Mikrometer lag, wurden mittels Elektrospinnen hergestellt. Anschließend wurde der innere Kern aufgelöst, um hohle Kanäle zu bilden, die als vaskuläre Wege dienen sollten. Um eine optimale Verteilung im Gerüst zu gewährleisten, wurden die Mikrotubuli durch den Einsatz von Ultraschallvibrationen verkürzt.
Experimente, bei denen fluoreszierende Mikrokügelchen verfolgt wurden, belegten eindrücklich die Funktionalität des neuen Systems. Es konnte eine deutlich verbesserte Zirkulation sowie eine effizientere Versorgung mit Nährstoffen und Sauerstoff nachgewiesen werden, was die Lebensfähigkeit der Zellen signifikant unterstützte. Dies ist ein entscheidender Schritt, da es zeigt, dass die künstlichen Gefäße in der Lage sind, die notwendige Perfusion für das Überleben des Gewebes zu gewährleisten.
Wang und Zhou betonen die entscheidende Bedeutung der Fähigkeit, die Größe dieser Röhrchen exakt steuern zu können. Dies ermöglicht die Herstellung verschiedener Arten von Gefäßstrukturen, was für die individuelle Anpassung des gezüchteten Gewebes unerlässlich ist. Die neue Methode ebnet den Weg, künstlich hergestellte Gewebe näher an die Nachbildung echter Organe heranzuführen. Dies ist von großem Wert, sowohl für präzisere Arzneimitteltests als auch für die Weiterentwicklung der regenerativen Medizin.
Die Forscher sehen in dieser Technologie, sofern sie weiter perfektioniert wird, das Potenzial, nicht nur einzelne Organe zusammenzusetzen, sondern ganze multiorganische Systeme auf Basis menschlicher Zellen zu schaffen. Diese Vision eines zellbasierten, lebenden Systems könnte die biomedizinische Forschung revolutionieren. Die aktuelle Arbeit demonstriert eindrücklich, wie die Konzentration auf scheinbar kleine technische Details – wie die präzise Steuerung der Röhrchengröße – zu massiven Fortschritten in gesundheitsrelevanten Bereichen führen kann, die letztendlich unsere therapeutischen Möglichkeiten erweitern.
