3D-друк кровоносних судин

Дослідники з Інституту біологічної інженерії Вісса Гарварда та Школи інженерії та прикладних наук Джона А. Полсона (SEAS) розробили новий метод 3D-друку судинних мереж, який може просунути область трансплантації органів.

Зосереджений на створенні функціональних людських органів поза тілом цей новий метод відрізняється конструкцією, яка імітує структуру природних кровоносних судин. Цей новий метод під назвою коаксіальний SWIFT (co-SWIFT) дозволяє створювати взаємопов'язані мережі кровоносних судин, вбудованих у серцеву тканину людини, що підвищує життєздатність виробництва людських імплантованих органів.

«Сказати, що створення функціональних живих людських тканин у лабораторних умовах — це складне завдання, отже, нічого не сказати. Я пишаюся рішучістю і креативністю, виявленими цією командою в доказі того, що вони дійсно можуть створювати кращі кровоносні судини в живих людських серцевих тканинах, що б'ються. Я з нетерпінням чекаю на їхній подальший успіх у їхньому прагненні до одноденної імплантації вирощеної в лабораторії тканини пацієнтам», — сказав засновник Wyss Дональд Інгбер, доктор медицини, доктор філософії.

Оригінальний метод SWIFT друкував порожнисті канали через живі OBB, але не мав структури, яка могла б утримувати рідину під час її протікання. Co-SWIFT створює наповнену клітинами посудину (червону), оточуючий канал, який ізолює кровотік від тканини та покращує їх життєздатність. Для цього підходу команда використовувала насадку типу «ядро-оболонка», розроблену для 3D-друку, яка дозволяє будувати кровоносні судини з оболонкою з гладких клітин і ендотеліальних клітин навколо порожнього ядра, через яке можуть текти рідини.

Процес, ініційований командою, включає два унікальні «чорнила» для створення судин: колагенове чорнило оболонки для побудови стінок судин і желатинове чорнило ядра для формування порожнього центру. Регулюючи швидкість друку та витрату чорнила, дослідники підбирали розмір судин. Після друку ці структури вбудовуються або гідрогелеву матрицю, або новий пористий матеріал на основі колагену, відомий як uPOROS, що відтворює властивості м'язової тканини. Потім команда нагрівала матрицю, внаслідок чого колаген зшивався, а желатинове ядро розчинялося, залишаючи після себе проникну судинну мережу. За словами дослідників, цей крок має вирішальне значення для формування відкритих та функціональних кровоносних судин.

Поліпшуючи біоміметичну якість надрукованих судин, команда включила гладком'язові клітини в оболонку чорнила. Після видалення желатинового ядра команда перфузувала ендотеліальні клітини, щоб утворити внутрішній шар кровоносних судин. Наступні тести підтвердили, що ці клітини залишалися життєздатними та функціональними, помітно знижуючи проникність судин порівняно з тими, у яких була відсутня ендотеліальна вистилка.

Після інтеграції в щільні матриці серцевих клітин судинні структури починали битися синхронно при перфузії рідиною, що імітує кров, демонструючи функціональність цих 3D-друкованих тканин як здорової та функціональної серцевої тканини. Крім того, ці тканини правильно реагували на препарати, що впливають на частоту серцевих скорочень, демонструючи їх потенціал у тестуванні ліків та моделюванні захворювань.

Це дослідження просуває розвиток трансплантації органів та демонструє створення тканин, специфічних для пацієнта, як було зазначено на друкованій моделі коронарної артерії пацієнта. Майбутні плани цієї технології включають розробку мереж капілярів підвищення функціональності вирощених у лабораторії тканин, наближаючись до мети відтворення повної структури кровоносних судин людини.