Die Entdeckung geschah, wie so viele Entdeckungen, durch Zufall.
Adam Jakus, damals Postdoktorand in Materialwissenschaften an der Northwestern University, arbeitete mit der biologischen „Tinte“, die sein Labor für den 3D-Druck von Eierstöcken verwendet. Anfang dieses Jahres wurde die Tissue-Tinte erfolgreich zum Aufbau von Eierstöcken verwendet, die tatsächlich funktionierten, was zur Geburt gesunder Mäusewelpen führte. Jakus stand unter der Laborabzugshaube und warf den Behälter über den Labortisch. Als er es aufräumte, hatte es eine feste Schicht gebildet.
"Es fühlte sich großartig an", sagte Jakus. „Wenn Sie ein neues Biomaterial herstellen und es nicht aufnehmen können oder es beim Aufnehmen zerfällt, ist es nutzlos.
"Ich habe diese Glühbirne ausgehen lassen - 'Wir können das mit allen anderen Geweben machen, mit denen wir in unserem Labor arbeiten.'"
Also machten sich Jakus und seine Kollegen daran, seine Hypothese zu testen. Sie haben absichtlich Tinte verschüttet oder in Formen gegossen, um flache Blätter zu erzeugen. Sie testeten verschiedene Arten von Bio-Tinten, die aus verschiedenen Organen oder Geweben hergestellt wurden. Für Orgeln wandten sie sich an lokale Metzger in Chicago und kauften Schweineherzen, Schweineleber und verschiedene Muskelfleischsorten. Um die Tinten herzustellen, haben sie die Organe oder Gewebe "dezellularisiert", dh sie haben die Zellen entfernt und die als extrazelluläre Matrix bekannten Strukturproteine zurückgelassen. Dieser Prozess hat sich bereits in der Arbeit des Labors mit dem 3D-Druck etabliert. Die dezellularisierten Organe wurden dann zu einem Pulver getrocknet und mit einem Polymer kombiniert und dann zu Papier gegossen.
Die resultierenden Papiere enthalten Spuren der Chemikalien und der Proteinarchitektur der Organe, aus denen sie hergestellt wurden. Herzzeitungen behalten sozusagen einen Teil ihres "Herzgedächtnisses" bei. Dies bedeutet, dass die Papiere das Potenzial haben, benachbarte Zellen zu bestimmten Verhaltensweisen anzuregen. Dies könnte zu einer Vielzahl von Anwendungen führen, die mehrere Labors im Nordwesten untersucht haben.
Ein reproduktionswissenschaftliches Labor an der Universität hat Eierstock-Tissue-Papier getestet, um Eierstock-Follikel (Zellen, die Eier und Hormone produzieren) zu züchten. Die papiergewachsenen Follikel haben erfolgreich die richtigen Hormone produziert. Theoretisch könnte ein Streifen Eierstock-Seidenpapier unter die Haut einer Frau implantiert werden, die aufgrund einer Krankheit oder Chemotherapie ihre Hormonfunktion verloren hat, wodurch möglicherweise ihre Hormonfunktion und ihre Fruchtbarkeit wiederhergestellt werden.
Die Papiere könnten möglicherweise auch 3D-gedruckten Eierstöcken helfen, den Sprung von der Maus zum Menschen zu schaffen. Eierstöcke von Mäusen sind von einem Fettbeutel umgeben, wodurch sich ein 3D-gedruckter Eierstock leicht in einen Mäusekörper implantieren lässt. Menschen haben diesen fetten Sack nicht, so dass die Implantation eines Eierstocks viel schwieriger wäre. Aber Tissue-Papiere könnten verwendet werden, um einen künstlichen Sack herzustellen und dann einen 3D-gedruckten Eierstock zu implantieren, sagt Jakus.
Muskelgewebe-Papiere könnten auch bei der Wundheilung und beim Wiederaufbau helfen.
"Plastische Chirurgen sagten, sie wären perfekt für die Reparatur und Regeneration von Gesichtsmuskeln", sagt Jakus. "Es ist dünn, also perfekt für die flachen, komplizierten Muskeln des Gesichts."
Dies könnte Menschen helfen, deren Gesichtsmuskeln durch ein Trauma oder eine verpatzte plastische Operation geschädigt wurden, so Jakus, sowie Kindern, die mit angeborenen Gesichtsfehlern geboren wurden.
Die Seidenpapiere fühlen sich ähnlich an wie Phylloteig, sagt Studienkoautorin Ramille Shah, der Leiter des Labors, in dem Jakus versehentlich verschüttet wurde. Nach dem Trocknen können sie in einem Kühlschrank oder Gefrierschrank gestapelt werden. Sie können sogar viele Male gefaltet werden - Jakus hat sie zu winzigen Origami-Vögeln gefaltet. Im nassen Zustand fallen die Papiere nicht wie Druckerpapier auseinander, sondern können gerollt, gefaltet, geschnitten und genäht werden.
Die regenerative Medizin - die Herstellung neuer Organe und Gewebe durch 3D-Druck und andere Techniken - hat in den letzten Jahren viel Aufregung ausgelöst. Es hat auch einige Kontroversen ausgelöst, wobei Kritiker sich fragen, ob seine Versprechen überverkauft sind, da der wahre Nutzen für den Menschen noch viele Jahre in der Zukunft liegen kann.
Der nächste Schritt für die neuen Papiere werden mehr Tierversuche sein, sagt Jakus. Er schätzt, dass einige Seidenpapiere, insbesondere die Muskelpapiere, innerhalb von fünf Jahren in Operationssälen verwendet werden könnten. Ein menschlicher Gebrauch für Eierstockpapiere könnte noch einige Jahre dauern, sagt er. In 20 Jahren möchte Jakus, dass Tissue-Papiere in Verbindung mit der 3D-Drucktechnologie verwendet werden, um komplexe biologische Strukturen zu erzeugen. Beispielsweise könnte ein 3D-gedruckter Knochen von Muskeln und Nerven aus Seidenpapier umgeben sein und ein bei einem Unfall schwer beschädigtes Bein nachbilden. Es besteht auch die Möglichkeit, eines Tages 3D-Drucktechnologie und Tissue-Papiere zusammen zu verwenden, um vollständige Organe für die Transplantation herzustellen.
"Die Herstellung der Seidenpapiere war relativ einfach", sagt Jakus. "Das Schwierigste ist, sie zu testen."
Die Studie wurde Anfang des Monats in der Zeitschrift Advanced Functional Materials veröffentlicht .
