Druk 3D przyspiesza tworzenie funkcjonalnych ludzkich tkanek jelitowych

Naukowcy z Cincinnati Children’s opracowali nowy system hodowli organoidów przewodu pokarmowego wykorzystujący drukowane w 3D rusztowania. Technologia pozwala uzyskiwać znacznie większe i bardziej dojrzałe tkanki jelitowe, żołądkowe oraz okrężnicy w czasie dwukrotnie krótszym niż dotychczas. Co szczególnie istotne, organoidy samodzielnie rozwijają funkcjonalny układ nerwowy, co może przybliżyć zastosowanie tych tkanek w medycynie regeneracyjnej i przyszłych przeszczepach.

W artykule:

• Nowa technologia hodowli organoidów oparta na drukowaniu 3D
• Jak działa system „confined culture system” (CCS)
• Samoistne powstawanie układu nerwowego w organoidach
• Dziesięciokrotnie większe tkanki przewodu pokarmowego
• Znaczenie odkrycia dla transplantologii i medycyny regeneracyjnej
• Kolejne kroki na drodze do badań klinicznych u ludzi

Dzięki specjalnym tackom-rusztowaniom wydrukowanym w technologii 3D, zaprojektowanym przez ekspertów z Cincinnati Children’s, naukowcy mogą obecnie wytwarzać większe wersje funkcjonalnych ludzkich organoidów przewodu pokarmowego dwukrotnie szybciej niż przy zastosowaniu wcześniejszych metod. Co więcej, organoidy te rozwijają własne komórki nerwowe bez konieczności ich sztucznego wprowadzania.

Udoskonalona technologia może znacząco przyspieszyć produkcję miniaturowych ludzkich tkanek narządowych o rozmiarach wystarczających do naprawy uszkodzeń lub przywracania funkcji jelita cienkiego, żołądka czy okrężnicy. Takie tkanki mogą również znaleźć zastosowanie w badaniach chorób oraz bardziej precyzyjnej ocenie ryzyka uszkodzeń narządowych związanych ze stosowaniem leków doustnych.

Wyniki projektu opublikowano 22 maja 2026 roku na łamach Nature Biomedical Engineering. Nowy system produkcji został opracowany i przetestowany przez zespół kierowany przez dr Holly Poling i dr Maxime’a Mahe oraz grupę 17 naukowców z Cincinnati Children’s i Nantes Université we Francji.

Nowy system hodowli przyspiesza wzrost tkanek

Wykorzystując nowy „confined culture system” (CCS), badacze hodowali organoidy jelita cienkiego, okrężnicy i żołądka, przekształcając niewielkie struktury kuliste w centymetrowe formy rurowe, niemal dziesięciokrotnie większe od uzyskiwanych wcześniej. Dodatkowo, w przeciwieństwie do wcześniejszych metod wymagających skomplikowanych procedur dodawania komórek nerwowych, nowe organoidy samodzielnie rozwijają własny układ nerwowy.

– Osiągając dojrzałość transplantacyjną dwa razy szybciej i rozwijając własne funkcjonalne nerwy, organoidy te pokazują, jak zasady inżynierii mogą napędzać innowacje biologiczne – powiedziała dr Holly Poling. – Nasz system CCS to nie tylko metoda produkcji, ale skalowalna i elastyczna platforma do tworzenia złożonych ludzkich tkanek.

Eksperci z Cincinnati Children’s Center for Stem Cell & Organoid Medicine (CuSTOM) od ponad 15 lat rozwijają technologie wytwarzania miniaturowych odpowiedników narządów układu pokarmowego. W ostatnich latach ich prace koncentrowały się na możliwości produkcji odpowiedniej ilości spersonalizowanych tkanek przeznaczonych do przyszłych transplantacji.

Nowa metoda wykorzystuje druk 3D do tworzenia specjalnych form z żywicy chirurgicznej. Formy są następnie wypełniane odpowietrzonym polidimetylosiloksanem (PDMS), elastycznym materiałem silikonowym przypominającym gumę.

Tacki zawierają rowki zaprojektowane tak, aby utrzymywać kuliste organoidy w jednym rzędzie. Takie ograniczenie przestrzenne sprzyja ich łączeniu się i dojrzewaniu. Proces zachodzi w specjalnie opracowanej mieszaninie składników odżywczych wspierających różnicowanie indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (iPSC) w bardziej złożone struktury tkankowe.

Już szóstego dnia pojedyncze sferoidy tworzą jednolite konstrukcje wzdłuż rowków tacki. Następnie są przenoszone do kolejnego hydrożelowego środowiska hodowlanego, gdzie przez następnych osiem dni kontynuują wzrost.

Po 14 dniach organoidy zawierają wszystkie typy komórek i struktur, których uzyskanie wcześniejszymi metodami wymagało 28 dni hodowli. Następnie tkanki są przeszczepiane gryzoniom zmodyfikowanym genetycznie w celu ograniczenia reakcji odrzucenia.

Większe tkanki i funkcjonalny układ nerwowy

Według autorów wszystkie przeszczepione tkanki skutecznie zintegrowały się z organizmami zwierząt. Po dalszym wzroście u gryzoni naukowcom udało się uzyskać nawet 8 centymetrów funkcjonalnej tkanki jelita cienkiego, podczas gdy wcześniejsze protokoły pozwalały na wytworzenie około 1 centymetra tkanki.

Nowe struktury były nie tylko znacznie większe, ale również wykazywały funkcje nerwowo-mięśniowe porównywalne z naturalną ludzką tkanką przewodu pokarmowego.

– Jesteśmy obecnie w stanie nie tylko produkować złożone organoidy przewodu pokarmowego na dużą skalę, ale także kierować ich różnicowaniem w funkcjonalne tkanki wyposażone w zintegrowane jelitowe sieci neuronalne – powiedział dr Maxime Mahe. – Dzięki wykorzystaniu precyzyjnie kontrolowanego środowiska wzrostu komórki samodzielnie organizują się w struktury bardzo przypominające ludzki przewód pokarmowy.

Dr Jim Wells, współautor badania i dyrektor naukowy CuSTOM, podkreśla, że nowa technologia eliminuje jedne z najważniejszych ograniczeń dotyczących skali produkcji i funkcjonalności organoidów.

– Prostota, powtarzalność i uniwersalność tej platformy sprawiają, że może ona zostać szeroko wdrożona przez inne ośrodki badawcze. Szczególnie istotne jest pojawienie się samoorganizującego się układu nerwowego, który może pomóc w badaniach zaburzeń neurorozwojowych – zaznaczył Wells.

Krok bliżej do badań klinicznych u ludzi

Dr Michael Helmrath, chirurg i naukowiec z Cincinnati Children’s oraz współdyrektor CuSTOM, od ponad dekady pracuje nad opracowaniem organoidów jelitowych odpowiednich do zastosowania u ludzi.

W 2017 roku jego zespół jako pierwszy wykazał możliwość połączenia komórek grzebienia nerwowego z komórkami jelitowymi w celu stworzenia ludzkich organoidów posiadających funkcje nerwowe. Badacze pokazali również, że organoidy mogą być powiększane poprzez wszczepienie ich do organizmu myszy, co zapewnia odpowiednie ukrwienie. W kolejnych latach opracowano jeszcze bardziej zaawansowane modele zawierające również komórki układu odpornościowego.

Nowy proces wykorzystujący szczury zamiast myszy pozwala uzyskać jeszcze większe ilości funkcjonalnej tkanki.

– Nadal nie potrafimy wyhodować kompletnego ludzkiego narządu o pełnych rozmiarach w warunkach laboratoryjnych, jednak tego typu badania umożliwiają wytwarzanie znaczących ilości tkanki, które mogą być dopasowane do konkretnego pacjenta – powiedział Helmrath. – Uważamy, że po przeszczepieniu takie tkanki mogłyby dalej rosnąć i integrować się z narządem pacjenta, przywracając jego funkcje.

Badacz podkreśla jednak, że przed rozpoczęciem badań klinicznych konieczne są dalsze prace rozwojowe. Jeśli jednak obecny postęp zostanie utrzymany, medycyna organoidowa może w przyszłości umożliwić leczenie wielu niemowląt i dzieci z ciężkimi uszkodzeniami narządów bez konieczności przeprowadzania pełnego przeszczepu narządu.

Źródło: Nature Biomedical Engineering, Large-scale and innervated functional human gut tissues for transplantation via transient spheroid confinement.
DOI: http://dx.doi.org/10.1038/s41551-026-01688-6