Opracowanie dwuskładnikowego hybrydowego biotuszu do biodruku 3D unaczynionych konstruktów.

Jak, dzięki biodrukowi 3D, stworzyć unaczyniony organ – od badań nad organoidami po transplantacje?

Jednym z największych wyzwań współczesnego biodruku 3D jest brak unaczynienia w wytwarzanych konstruktach tkankowych. Ogranicza to ich funkcjonalność i potencjalne zastosowania – zarówno w inżynierii tkankowej, jak i w innych obszarach, takich jak organoidy, modele chorób czy systemy typu lab-on-a-chip. Dzięki technologii biodruku 3D możliwe jest laboratoryjne wytwarzanie spersonalizowanych tkanek i organów, np. serca, wątroby czy skóry, wykorzystując jako biotusz żywe komórki zawieszone w specjalnym hydrożelu. Jednak bez sieci naczyń krwionośnych takie konstrukty nie są w stanie przetrwać po wszczepieniu – ograniczona dyfuzja tlenu, składników odżywczych i usuwanie metabolitów uniemożliwia utrzymanie żywotności komórek w ich wnętrzu, co prowadzi do obumarcia tkanki lub jej odrzutu przez organizm.

Nad rozwiązaniem tego problemu pracuje dr Jagoda Litowczenko-Cybulska z Centrum Zaawansowanych Technologii UAM. W ramach projektu FIRST TEAM, finansowanego z Funduszy Europejskich dla Nowoczesnej Gospodarki (FENG) przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej, jej zespół opracowuje dwuskładnikowy, hybrydowy biotusz, który oprócz komórek docelowych zawiera także komórki śródbłonka – zdolne do tworzenia sieci naczyń krwionośnych wewnątrz biodrukowanegoorganu.

W biodruku precyzyjne odwzorowanie naczyń jest szczególnie trudne – muszą powstawać stabilne, elastyczne struktury puste w środku, odporne na przepływ krwi pod wysokim ciśnieniem i zachowujące integralność po wszczepieniu. Równocześnie konieczne jest utrzymanie wysokiej przeżywalności komórek w trakcie druku. Zespół dr Litowczenko-Cybulskiej wykorzystuje w tym celu pierwszą w Europie Środkowo-Wschodniej wolumetryczną biodrukarkę 3D, która umożliwia bardzo szybkie tworzenie złożonych, trójwymiarowych struktur przy minimalnym stresie komórkowym.

Oprócz zaawansowanej technologii druku kluczowy jest innowacyjny biomateriał pochodzenia naturalnego o wysokiej elastyczności i wytrzymałości mechanicznej, który produkowany jest w Laboratorium Biomateriałów i Biofabrykacji (JagodaLab). Połączenie go z komórkami śródbłonka pochodzącymi z indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (iPSC) umożliwia tworzenie konstruktów tkankowych zdolnych do unaczynienia i długoterminowej hodowli w warunkach perfuzyjnych, co dodatkowo zwiększa ich funkcjonalność. Dzięki temu możliwe będzie nie tylko opracowanie pełnowartościowych tkanek do przeszczepów, ale także nowych modeli badawczych do testowania leków i terapii w warunkach laboratoryjnych.

Warto podkreślić, że oba rodzaje komórek używanych w biotuszu opracowywanym przez zespół dr Litowczenko-Cybulskiej są wytwarzane z ludzkich, pluripotentnych komórek macierzystych pochodzących od dawców. Ta część projektu jest realizowana we współpracy z Bellvitge BiomedicalResearch Institute (IDIBELL) w Barcelonie. Partnerami przedsięwzięcia są także Universidad de Valladolid w Hiszpanii, Åbo Akademi University w Finlandii, University of Colorado Boulder w Stanach Zjednoczonych oraz podmioty z polskiego sektora biotechnologii i biomateriałów.

Dr Jagoda Litowczenko-Cybulska uzyskała tytuł doktora nauk ścisłych i przyrodniczych na Wydziale Biologii UAM, realizując badania w Centrum NanoBioMedycznym UAM w ramach własnego grantu PRELUDIUM (NCN) dotyczącego kompozytów na bazie nanomateriałów węglowych. Po doktoracie otrzymała finansowanie z Narodowego Centrum Badań i Rozwoju (Norweski Mechanizm Finansowy) na projekt opracowania polimerowych neurotub 3D do regeneracji nerwów obwodowych. Jest laureatką prestiżowego grantu Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowship, realizowanego w IDIBELL w Barcelonie we współpracy z University College London, w ramach którego zajmowała się biodrukiem dużych, naczyniowych konstruktów tkankowych z wykorzystaniem ludzkich komórek macierzystych.

Po powrocie na UAM w 2024 roku objęła kierownictwo Laboratorium Biomateriałów i Biofabrykacji (JagodaLab) w Centrum Zaawansowanych Technologii UAM realizując m.in. projekt FIRST TEAM FENG. Jest laureatką programu START Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, autorką 21 publikacji naukowych i kilkunastu wystąpień na konferencjach krajowych i międzynarodowych. Jej zainteresowania badawcze obejmują biodruk 3D, inżynierię tkankową oraz zastosowania komórek macierzystych w medycynie regeneracyjnej.