Mula sa biosynthetic brains para sa paghula ng epilepsy hanggang sa maliliit na 3D printed implant para sa muling paglaki ng kalamnan at buto, ito ay pananaliksik sa pinakadulo kung ano ang posibleng medikal.

Ngunit ang koponan sa likod ng mga ideyang ito – mga inhinyero, dalubhasa sa robotics at biologist na nakikipagtulungan sa mga nangungunang surgeon at clinician – ang gumagawa ng pagkakaiba sa pagitan ng pangangarap at paghahatid.

Si Propesor Rob Kapsa ay isang nangungunang RMIT researcher sa Aikenhead Center for Medical Discovery, kung saan pinamumunuan niya ang isang pangkat ng pananaliksik gamit ang layunin-built biofabrication lab ng ACMD.

Batay sa St Vincent's Hospital Melbourne, pinagsasama-sama ng ACMD ang mga mananaliksik at clinician para maghanap ng mga solusyon para sa ilan sa aming pinakamalaking biomedical na hamon.

Bilang pagkilala sa mahalagang papel ng sentro, ang Victorian Government ay nagbigay ng green light para sa isang $206 milyon na purpose-built na pasilidad upang suportahan ang patuloy na paglago nito.

Una sa lahat, ano ang biofabrication at paano nito mababago ang medikal na paggamot?

Ito ay pangunahing tungkol sa paggawa ng mga bagay na ganap na sumasama sa ating mga katawan, upang pagalingin, ayusin at ibalik ang paggana.

Hindi tulad ng mga tradisyunal na implant, ang mga biofabricated na istruktura at device ay maaaring malapit nang gayahin ang kahanga-hangang kumplikado ng buhay na tissue ng tao.

Pinagsasama ng biofabrication ang engineering ng mga materyales, biological science, additive manufacturing, nanotechnology at biomedical na teknolohiya sa kalusugan.

Nagbubukas ito ng malalaking pagkakataon para sa paggawa ng mga istruktura para ibalik, palitan at i-regenerate ang anumang bagay mula sa mga buto at kalamnan hanggang sa utak, mga kasukasuan at mga connective tissue.

Halimbawa, ang mga mananaliksik ay gumagawa ng mga bagong biofabricated na teknolohiya upang ayusin ang lumalalang buto sa mga matatandang tao, bumuo ng isang customized, self-regulating na artipisyal na pancreas para sa mga taong may diabetes at bumuo ng kapalit na kalamnan para sa mga pasyenteng may trauma. span>

Sabihin sa amin ang tungkol sa biosynthetic na “utak” na ginagawa mo.

Kapag sinusubukan mong maunawaan kung paano gumagana ang utak, at kung paano ito ayusin kapag nagkamali, ang pagtingin sa mga cell sa two-dimensional na mga slide ay dadalhin ka lang hanggang ngayon. Kaya bumubuo kami sa tatlong dimensyon, gamit ang 3D bioprinting sabi ni Professor Kapsa.

Maliliit ang 'utak' na ginagawa namin, humigit-kumulang 3mm hanggang 3mm, ngunit mayroong sapat na gumaganang utak doon upang pag-aralan at pag-aralan (at bukod pa, ang cortex ng utak ng tao ay 3mm lamang ang kapal).<

Ang aming maliit na mga bloke ng utak ay ginawa mula sa mga selula ng balat, na aming reprograma sa mga stem cell na maaaring gumawa ng mga neuron. Ang bloke ng 'utak' ay sinuspinde sa isang 3D collagen matrix at inilalagay sa hanay ng mga electrodes.

Gamit ang electrical stimulation o pagdaragdag ng mga neurochemical, maaari nating buksan ang mga neuron. Itinatala ng electrode array ang aktibidad na iyon – na ginagaya ang pagpapaputok ng nervous system – upang bigyan tayo ng malalim na larawan kung ano ang nangyayari.

Mahalaga ang mga ito ay mga naka-personalize na sintetikong konstruksyon ng utak, perpekto para sa mga siyentipikong nagsisikap na maunawaan at gamutin ang mga kondisyong neurological.

Paano tayo tinutulungan ng mga “utak” na ito sa pagsasaliksik sa epilepsy?

Naaapektuhan ng epilepsy ang 1 sa 100 tao, ngunit alam namin na humigit-kumulang kalahati sa mga iyon ang nagkakaroon ng kondisyon sa bandang huli ng buhay, pagkatapos makaranas ng ilang pinsala sa utak noong sila ay mas bata pa.

Sa palagay namin ay maaaring dahil ang ilang tao ay may genetic predisposition, ngunit sa ngayon ay hindi namin mahuhulaan kung sino ang maaaring nasa panganib na magkaroon ng epilepsy dahil sa pinsala sa ulo.

Sa pananaliksik na ito, nakikipagtulungan kami sa mga neurologist sa Murdoch Children's Research Institute na nakatuklas ng genetic mutation na nagdudulot ng epilepsy, gayundin sa mga neurologist sa St Vincent's Hospital Melbourne.<

Kinukuha namin ang mga selula ng balat mula sa mga taong may ganoong genetic mutation, inaalis ang mutation at lumalaki ang biosynthetic na 'utak' mula sa mga genetically-edited na cell na iyon. Para sa paghahambing, ginagawa rin namin ang utak mula sa kanilang 'epilepsy-positive', hindi na-edit na mga cell.

Pagkatapos ay sinusubok namin ang 'utak' na ginawa namin mula sa mga cell na ito sa pamamagitan ng pag-udyok sa isang partikular na antas ng pinsala at pag-alam kung – at kailan – nagpapakita ang mga ito ng aktibidad na parang epileptic.

Ang pinakahuli naming nilalayon ay isang simpleng genetic test na maaaring matukoy kung malamang na magkaroon ka ng epilepsy mula sa menor de edad na trauma sa ulo, gaya ng paglalaro ng AFL football o iba pang sports.

Paano pa magagamit ang mga “utak” na ito sa hinaharap?

Gagamitin din ang aming biosynthetic na 'utak' para sa personalized na pagmomodelo ng mga neurological disorder.

Ito ay kung saan ang isang 'utak' na lumaki mula sa sariling mga selula ng pasyente ay maaaring magbigay-daan sa isang clinician na mas maunawaan ang kanilang kondisyon, ma-optimize ang paggamot at sa huli, maging ang kanilang pagbabala.<

Para sa RMIT, ang gawaing ito ay nagbubukas ng mga kapana-panabik na bagong paraan para sa disenyo, pagbuo, paggawa at pagsasalin ng mga bio-mechatronic hybrid na device at system.

Bilang bahagi ng pananaliksik upang bumuo ng mga paggamot para sa muscular dystrophy, ang iyong koponan ay nagpasimuno ng isang “trojan horse” na pamamaraan na pinagsasama ang muscle engineering at gene editing. Paano ito gumagana?

Ang pangunahing ideya ay ang pagkuha ng mga cell mula sa mga taong may mutation na nagdudulot ng muscular dystrophy, pag-edit ng mutation at pagkatapos ay ibalik ang mga cell na iyon sa kalamnan upang gumana itong muli.

Nagkaroon ng klinikal mga pagsubok ng regenerative cell therapies, lalo na ang myoblast transplantation therapy, ngunit nakalulungkot na nabigo ang mga ito dahil ang mga implanted na cell ay hindi umuunlad at dumami.

Ang pagkakaiba sa aming diskarte ay sa halip na direktang itanim ang mga selula, pinoprotektahan namin sila sa isang espesyal na halaya na gawa sa seaweed. Iyan ang 'trojan horse' – isang piraso ng seaweed jelly na may mga muscle cell sa loob nito na madaling tinatanggap ng katawan at pagkatapos ay pinapayagan ang malusog na mga cell na 'lukutin' ang may sakit na kalamnan.

Ang aming diskarte ay nagreresulta sa isang hindi kapani-paniwalang pagkalat ng mga mabubuhay na selula ng kalamnan, na may mga pre-clinical na pag-aaral sa mga daga na nagpapakita ng milyun-milyong nuclei na nagmumula sa 10,000 mga cell na una naming itinanim.

Anong papel ang ginagampanan ng 3D printing at bioprinting sa trabaho ng iyong team?

Sa ACMD, mapalad kaming magkaroon ng access sa makabagong biofabrication at mga advanced na teknolohiya sa pagmamanupaktura, kabilang ang mga espesyalistang bio-printer na idinisenyo para sa 3D printing na mga buhay na cell at bio-reactor para sa 3D cell culture. Ang paggawa sa mga teknolohiyang ito ay gumagawa ng malaking pagkakaiba sa aming mga pakikipagtulungan.

Halimbawa, gumagamit kami ng 3D na proseso ng pag-print na tinatawag na 'melt electrowriting' sa aming trabaho para hikayatin ang mga vascular network na lumaki sa mga engineered tissue. Magagamit din ang system na ito sa aming mga istruktura ng pagmomodelo ng tissue, kaya mas malapit ang mga ito sa vascularized tissue.

Ngunit kung minsan ang aming trabaho ay hindi tungkol sa pinakabagong teknolohiya – ito ay tungkol sa pagbuo ng mga bagong take sa luma.

Ang mga mananaliksik sa aming team ay nag-flip ng tradisyonal na 3D printing upang gumawa ng hindi kapani-paniwalang masalimuot na biomedical na istruktura sa kanilang trabaho sa muling paglaki ng mga buto at tissue. Gumagamit ang kanilang out-of-the-box na diskarte sa mga karaniwang 3D printer para bumuo ng maliliit na implant na maaaring suportahan ang cell regrowth.

Nag-publish din kami kamakailan ng isang recipe para sa paggawa ng mga kalamnan, na nagdedetalye ng mga sangkap, kagamitan, at mga diskarte na kailangan mo para makapag-engineer ng functional na skeletal muscle tissue.

Ito ay isang buod ng aming trabaho sa loob ng maraming taon sa pagpino sa aming bioink at mga bioprinting na pamamaraan para sa paggawa ng mga mabubuhay na 3D na naka-print na skeletal muscle construct. Inaasahan namin na ang gawaing ito ay magbibigay-daan sa pag-iinhinyero ng kalamnan para sa mga taong sumailalim sa sakit at trauma sa kalamnan.

Mayroon kang matagal na pakikipagtulungan sa mga clinician at surgeon sa St Vincent's Hospital Melbourne. Paano pinabilis ng pagtatatag ng ACMD ang pananaliksik ng iyong koponan?

Sa paglipas ng mga dekada, habang binuo ng aming team ang aming diskarte para sa muscle at nerve engineering, palagi kaming nakikipagtulungan nang malapit sa mga clinician at surgeon upang bumuo ng mga real-world na solusyon sa lumang-mundo na mga isyu sa kalusugan na kulang sa serbisyo ng mga kasalukuyang teknolohiya.

Ang aming trabaho ay hindi lamang tungkol sa mga kawili-wiling ideya o teoretikal na posibilidad – ito ay tungkol sa paglutas ng mga problemang kinakaharap ng mga clinician at marahil higit sa lahat, mga pasyente, araw-araw.

Direkta kaming nakikipagtulungan sa mga taong balang araw ay gagamit ng aming pananaliksik sa kanilang klinikal na kasanayan at sa mga surgical theatre. Ibinabahagi nila ang kanilang mga hamon at kung ano ang kailangan nila para matulungan ang kanilang mga pasyente.

At iyon sa huli ang gusto naming gawin ng aming pananaliksik – upang makalabas at matulungan ang mga tao.

Mga biosynthetic na utak, engineered na kalamnan, trojan horse... ang ilan sa mga ideyang ito ay halos parang science fiction. Kaya kailan talaga sila maaaring maging klinikal na katotohanan?

Totoo na ang ginagawa natin ay nasa hangganan ng agham. Ngunit ang mga advanced na teknolohiya sa pagmamanupaktura ay gumagawa na ng pagbabago sa buhay ng pasyente, gaya ng unang lokal na ginawang 3D printed spinal implant ng Australia.

Ang gawain ng RMIT sa inisyatiba na iyon ay humantong sa mga bagong direksyon sa disenyo ng mga susunod na henerasyong implant para sa mga pasyente ng bone cancer, isang project focus sa loob ng ACMD.

Ang ilan sa aming mga mas advanced na klinikal na proyekto ay maaaring 5-10 taon ang layo mula sa klinikal na pagsasalin, ngunit kami ay nasa mga unang araw pa rin ng 3D bioprinting revolution.<

Ang magandang bagay ay ang ibig sabihin ng aming collaborative na clinico-scientific na diskarte ay maaari naming laktawan ang mga nakaraang hindi praktikal na ideya na hindi kailanman gagana sa totoong buhay at tumuon sa pananaliksik na may pinakamalaking potensyal para sa epekto.

Pinamumunuan ni Propesor Rob Kapsa ang grupo ng pananaliksik ng Biofabrication and Tissue Engineering (BiTE) sa RMIT.

Ang BiTE Network, na naglalayong pagsama-samahin ang mga akademya at mga kandidatong PhD na nagtatrabaho sa mas malawak na larangan ng bio-engineering patungo sa mga bagong lugar na nakatuon sa BiTE, ay sinusuportahan ng Pagpapagana ng Mga Platform ng Kapabilidad ng RMIT para sa Mga Advanced na Materyal, Paggawa at Paggawa, at Biomedical Health at Innovation.

ACMD ay ang unang hospital-based na biomedical engineering research center sa Australia, na may mga kasosyo kabilang ang St Vincent's Hospital Melbourne, RMIT University, University of Melbourne, Australian Catholic University, Swinburne University of Technology, University of Wollongong Australia, ang Bionics Institute, St Vincent's Institute at ang Center for Eye Research Australia.

 Sipi mula sa RMIT News Story:  Gosia Kaszubska

Pag-aralan ang RMIT Bachelor of Biomedical Sciences degree sa School of Health at Biomedical Sciences upang makakuha ng mas malapit na pagpapahalaga ng ground breaking na pananaliksik na ito.

Sa flexible degree na ito, magkakaroon ka ng malawak na pang-unawa sa anatomy, physiology at pathology ng tao mula sa cellular sa antas ng system.

Ang biomedical science ay bumubuo ng batayan ng ating pag-unawa sa kung paano gumagana ang katawan ng tao at hayop, at ang mga tugon ng katawan sa iba't ibang sakit, ehersisyo, diyeta, panloob na kaguluhan at impluwensya sa kapaligiran.

Ito ay isang malawak na larangan ng agham na tungkol sa pag-unawa sa katawan ng tao at kung paano ito nakikipag-ugnayan sa sakit - kung paano ito nangyayari, kung ano ang nangyayari at kung paano natin ito makokontrol, magagagamot at maiwasan. Kabilang sa mga biomedical science ang pag-unawa sa anatomy at pisyolohiya ng tao pati na rin ang biochemistry.

Bilang karagdagan sa isang pangunahing pag-unawa sa mga biomedical science, magkakaroon ka ng pagkakataong pumili ng mga espesyal na elective sa iyong huling taon. Magkakaroon ka rin ng pag-unawa sa proseso ng pananaliksik at karanasan sa mga modernong teknolohiyang ginagamit sa biomedical na pananaliksik.

Tanungin kami tungkol sa degree na ito sa RMIT