3D-печать кровеносных сосудов

Исследователи из Института биологической инженерии Висса Гарварда и Школы инженерии и прикладных наук Джона А. Полсона (SEAS) разработали новый метод 3D-печати сосудистых сетей, который может продвинуть область трансплантации органов.

Сосредоточенный на создании функциональных человеческих органов вне тела, этот новый метод отличается конструкцией, которая имитирует структуру естественных кровеносных сосудов. Этот новый метод под названием коаксиальный SWIFT (co-SWIFT) позволяет создавать взаимосвязанные сети кровеносных сосудов, встроенных в сердечную ткань человека, что повышает жизнеспособность производства имплантируемых человеческих органов.

«Сказать, что создание функциональных живых человеческих тканей в лабораторных условиях — это сложная задача, значит ничего не сказать. Я горжусь решимостью и креативностью, проявленными этой командой в доказательстве того, что они действительно могут создавать лучшие кровеносные сосуды в живых, бьющихся человеческих сердечных тканях. Я с нетерпением жду их дальнейшего успеха в их стремлении к однодневной имплантации выращенной в лаборатории ткани пациентам», — сказал основатель Wyss Дональд Ингбер, доктор медицины, доктор философии.

Оригинальный метод SWIFT печатал полые каналы через живые OBB, но не имел структуры, которая могла бы удерживать жидкость при ее протекании. Co-SWIFT создает наполненный клетками сосуд (красный), окружающий канал, который изолирует кровоток от ткани и улучшает их жизнеспособность. Для этого подхода команда использовала насадку типа «ядро-оболочка», разработанную для 3D-печати, которая позволяет строить кровеносные сосуды с оболочкой из гладкомышечных клеток и эндотелиальных клеток вокруг полого ядра, через которое могут течь жидкости.

Процесс, инициированный командой, включает два уникальных «чернила» для создания сосудов: коллагеновые чернила оболочки для построения стенок сосудов и желатиновые чернила ядра для формирования полого центра. Регулируя скорость печати и расход чернил, исследователи подбирали размер сосудов. После печати эти структуры встраиваются либо в гидрогелевую матрицу, либо в новый пористый материал на основе коллагена, известный как uPOROS, воспроизводящий свойства мышечной ткани. Затем команда нагревала матрицу, в результате чего коллаген сшивался, а желатиновое ядро растворялось, оставляя после себя проницаемую сосудистую сеть. По словам исследователей, этот шаг имеет решающее значение для формирования открытых и функциональных кровеносных сосудов.

Улучшая биомиметическое качество напечатанных сосудов, команда включила гладкомышечные клетки в оболочку чернил. После удаления желатинового ядра команда перфузировала эндотелиальные клетки, чтобы создать внутренний слой кровеносных сосудов. Последующие тесты подтвердили, что эти клетки оставались жизнеспособными и функциональными, заметно снижая проницаемость сосудов по сравнению с теми, у которых отсутствовала эндотелиальная выстилка.

После интеграции в плотные матрицы сердечных клеток сосудистые структуры начинали биться синхронно при перфузии жидкостью, имитирующей кровь, демонстрируя функциональность этих 3D-печатных тканей как здоровой и функциональной сердечной ткани. Кроме того, эти ткани правильно реагировали на препараты, влияющие на частоту сердечных сокращений, демонстрируя их потенциал в тестировании лекарств и моделировании заболеваний.

Это исследование продвигает развитие трансплантации органов и демонстрирует создание тканей, специфичных для пациента, как было отмечено на печатной модели коронарной артерии пациента. Будущие планы этой технологии включают разработку сетей капилляров для повышения функциональности выращенных в лаборатории тканей, приближаясь к цели воспроизведения полной структуры кровеносных сосудов человека.