Tilbake til søkeresultatene

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale

3D Bioprinting of biomimetic pancreas with tunicate nanocellulose and human pancreatic islets

Alternativ tittel: 3D bioprinting av biomimetisk bukspyttkjertel/pankreas med tunikat nanocellulose og humane Langerhanske øyer

Tildelt: kr 6,0 mill.

Prosjektnummer:

296756

Prosjektperiode:

2019 - 2021

Organisasjon:

Geografi:

Diabetes er en sykdom som globalt rammer mange millioner mennesker. Vi vet fra tall presentert av WHO at det er forventet at over 400 millioner vil utvikle diabetes innen 2030. Pasienter med insulinavhengig diabetes (type 1) har redusert glukoseregulering fordi de mangler insulin som normalt blir produsert av betaceller i de Langerhans øycellene i bukspyttkjertelen (pankreas). Den vanligste behandlingen er injisering av insulin, som for øvrig kun behandler symptomene og ikke selve sykdommen. Imidlertid er det utviklet en vellykket metode for behandling av alvorlig type 1 diabetes der betacellene erstattes med nye friske øyceller isolert fra avdøde donorer ved transplantasjon i leveren. Dessverre er ikke behandlingen optimal og flere utfordringer må løses slik som at øycellene angripes og ødelegges av betennelse reaksjoner rett etter transplantasjon. Målet med dette innovasjonsprosjektet er å utvikle en implanterbar enhet som kan levere de Langerhanske øycellene utenfor leveren ved hjelp av 3D bioprint teknologi. Vi har undersøkt nanocellulose isolert fra tunikater, som et nytt biokompatibelt biomateriale for 3D bioprinting av øyceller. Nanocellulose som produseres av marine organismer, tunikater, er den mest krystallinske nanocellulosen som finnes på jorden. Oppdrettsprosessene og opprensningen utvikles og gjennomføres av Ocean Tunicell AS. Prosjektlederen, CELLHEAL AS, er et bioteknologisk oppstartsselskap som er ansvarlig for design og 3D bioprinting, mens evaluering av en mulig immunrespons av tunikat nanocellulose står NTNU for. Oslo Universitetssykehus har sett på implantasjonen av insulinproduserende øyceller i nanocellulose biomaterialet og etter 3D bioprinting. Øycellenes overlevelse og funksjon testes i etablerte laboratoriermodeller og in vivo ved bruk av etablerte musemodeller. Sammen håper og ønsker gruppen å utvikle en ny løsning for bruk i behandling av diabetes, samt bidra til utvikling av nytt nano biomateriale fra norsk havbruk. I delprosjektet H1 har CELLHEAL utviklet ulike modeller for implantasjon. Forsøkene er utført ved hjelp av 3D bioprint teknologi og det har vært utført data simulering for å teste effekten av disse modellene. Det er gjort design og 3D bioprint av en struktur som skal etterligne et blad, heretter kalt ?blad struktur?. OUS har foreløpig testet denne strukturen ved bruk av celler isolert fra fett og vist at cellene overlever i biomaterialet nanocellose produsert fra Ocean TuniCell. I delprosjekt H2 har Ocean Tunicell fremstilt nanocellulose fra tunikater, heretter kalt Tunicell, av medisinsk kvalitet med hensikt å være fullt kompatibelt for de insulinproduserende betaceller. Ocean TuniCell har bygget en fullverdig fabrikk etter GMP (good manufacturer practice) standard og har utviklet prosessen for isolering av nanocellulose fra tunikater. De øvrige prosjektpartnerne har benyttet dette biomaterialet (Tunicell) for å teste biokompatibiliteten. I delprosjekt H3 har NTNU fabrikert kuler i størrelsesorden 500 - 800 mikrometer med blandinger av Tunikat nanocellulose og alginat. Kulene, som er gelet med en blanding av kalsium og barium, er stabile i fysiologiske løsninger. NTNU har videre undersøkt celleadhesjon på kulene i en musemodell og inflammatoriske responser i humant blod. Kulene viste seg å ha moderate mengder celler på overflaten etter implantasjon, som ser ut til å korrespondere med aktivering av komplement og koagulasjon i humant blod, men der cytokinresponsen var lav. I delprosjekt H4 har OUS undersøkt overlevelse og funksjon av insulinproduserende øyceller etter 3D bioprinting av strukturer ved bruk av et biomaterial fra Tunicater produsert av Ocean TuniCell. Strukturene som inneholdende de insulinproduserende øycellene har vist god viabilitet opp til 14 dager etter de ble 3D bioprintet. Videre har øycellene vist god evne til å respondere på glukosestimulering in vitro. OUS har vist at strukturene har gode diffusjonesegenskaper for makromolekyler. OUS har videre utviklet metoder for å implantere strukturene in vivo ved bruke av etablerte musemodeller.

The most important outcomes of this innovation project: -design of novel cell delivery device -process and material preparation of biocompatible nanocellulose from tunicates suitable for implantation and cell delivery -3D Bioprinting process to deliver pancreatic islets with tunicate nanocellulose biomaterial -advancement in development of technology for improved treatment of type 1 diabetes The most important impacts of this innovation project: -industrial development of a cGMP process for tunicate nanocellulose biomaterial -assessment of biocompatibility of tunicate nanocellulose for intended use -material and technology platform for cell therapy and tissue engineering -advancement in new treatment options for type 1 diabetes patients

There were 415 million people in the world with diabetes, type 1 and type 2 in 2015 and the number is expected to increase to 642 million in 2040. Annual cost of diabetes worldwide is more than 827 billion US$. Beta islets transplantation is used in several hospitals worldwide to help patients with diabetes type 1. It has however shortages such is limited cell supply and efficacy and needs of immunosuppression. Oslo University Hospital has developed islet isolation facility and islet manufacturing and is frequently transplanting human islets. The aim of the project is to design implantable biomimetic pancreas device and to biofabricate it using 3D Bioprinting with bioinks based on nanocellulose isolated from tunicates. The devices will be used to deliver pancreatic islets to treat type 1 diabetes patients. The bioink will be based on nanocellulose fibrils isolated from tunicates. Nanocellulose fibrils from wood and bacteria have been successfully used together with alginate as bioinks for 3D Bioprinting of living human tissue. Wood and bacteria derived nanocelluloses have however disadvantages due to high endotoxin levels. Dr Paul Gatenholm, founder of CELLHEAL AS is entrepreneur and world leader in using nanocellulose in biomedical applications and 3D Bioprinting expert. Nanocellulose produced by bacteria has unique biocompatibility due to low protein adsorption and hydrated surface. Nanocellulose isolated from tunicates by Ocean Bergen exhibits higher crystallinity and purity than bacterial cellulose. Biocompatibility of this potentially new biomaterial has not yet been determined. Dr Berit Strand at NTNU is expert in evaluation of immuno response of implanted biopolymers. She will be together with her colleagues leading task with aim to determine biocompatibility. Dr Hanne Scholz, Manager of islet transplantation unit and director of Oslo Regenerative Medicine Cluster will be responsible for evaluation of the 3D Bioprinted device in vitro and in vivo.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale