استخدام القنوات الوعائية المطبعة بيولوجيا في نماذج الأجهزة المتعددة الخلايا

تصميم نماذج الأجهزة المتعددة الخلايا

الفرع الهرمي والديناميات

Native vascular networks are hierarchical: large arteries branch into smaller arterioles and capillaries, then coalesce into venules and or or ors. Bioprinted models must replicate this branching to achieve uniform perfusion. Computational liquid dynamics (CFD) simulations are now used to design channel geometries that minimize shear stress gradients and stagnimT zones.

التوليد وشغل المحاماة

ولا يكفي طباعة قناة ما ببساطة؛ ويجب أن تُربط الشهوة بالخلايا الداخلية الوظيفية التي تشكل حاجزا ضيقا، وتستجيب الخلايا المميتة للإجهاد الناجم عن الإجهاد الناجم عن الإجهاد الناجم عن الطلق، وذلك بمواءمة البروتينات الزجرية وزيادة تنظيمها، مثل VE-cadherin و ZO-1.

التكامل مع خلايا الأنشام

The true power of bioprinted vascular channels emerges when they are embedded within a multi-cellular organ model. For a livercular model, for example, hepatocytes, stellate cells, and Kupffer cells are distributed in the extravascular space, while endothelial cells line the channels. The near to the vascular network allows hepatocytes to maintain metabolic activity for weeks.

تطبيقات في نماذج الأمراض واختبار المخدرات

مقاييس التحلل الحراري والهواء

ويمكن تصميم القنوات العضلية على الأحوال المرضية المتوسطة، ومن خلال تغيير تركيبة التنويم البيولوجي، أو التشعب الجداري، أو ديناميات التدفق، يقوم الباحثون بإنشاء سفن شديدة التكثيف أو شديدة الوطأة، ويمكن دراسة الخلايا العديمية الخلايا بطريقة خاضعة للمراقبة، وتوفر هذه النماذج بديلا للدراسات الحيوانية للتحقيق في تكوين الألواح وتركيبها.

نموذج برنامج ميكروفين في السرطان

وتعتمد الأورام اعتماداً كبيراً على إعادة تصميم الأورام المسببة للإصابة بالمرض، وتسمح القنوات المغنطة بالأشعة الأحيائية للعلماء باشتراك خلايا ورم النسيج، والخلايا الفوقية، والخلايا الثابتة ذات الصبغة 3D الواقعية، وتظهر الظواهر المصغرة الناتجة عن ذلك مستويات من الأوكسجين والمغذيات، وتضع المقاييس في الجرعات المجهرية المحتوية على الأورامي المحتوية على الفية(11).

السمية والصيدلانية

ويشكل فرض السمية الوعائية الناجمة عن المخدرات تحديا رئيسيا في مجال التنمية الصيدلانية، إذ تتيح نماذج الأعضاء المثقفة المطبعة بيولوجيا رصدا فوريا لنزاهة الحاجز الموضعي، والتبريد، والوفاة الخلوي عند التعرض للمركبات، ويمكن أن تؤدي النماذج المتعددة المنظمات (مثلا، القلب الكبد) التي ترتبط بشبكة من الأعاصير المصورة المشتركة إلى إعادة إنتاج كميات من الأدوية وتوزيعها بصورة منهجية.

التحديات في ترجمة المواد الإباحية عن المواد الكيميائية إلى واقعة سريرية

القدرة على التصعيد والصناعات التحويلية

وفي حين أن نسيج المباني التي تبلغ حجمها سنتيمترات يمكن أن يكون ممكناً، فإن إنتاج مجلدات ذات صلة سريرية - مثل رقعة جلدية كاملة المقياس أو مساعد للفص الجللي - قد يساعد، ولكن معايير مراقبة الجودة فيما يتعلق بتشييد الأوعية البصمة البيولوجية لا تزال متطورة.

طول المدة:

ويجب أن تظل القنوات المطبعة ذات طابع مفتوح وعملي لمدة أسابيع إلى أشهر دون أن تُشغل، كما أن الترُمبوز، والتضخم المغناطيسي، وتدهور المصفوفة يمكن أن يُعرّض جميع أنواع الرطوبة للخطر، وتُستكشف المعاطف المانعة للتشغيل (مثل إطلاق السوائل) والتربية المتماسكة للعضلات للحفاظ على سلامة السفن، وفي حالة الاستجابة مناعة المضيفة وإعادة صياغة المزيد من النتائج المركبة([FlicT).

العزلة والهيترجين

وتُعد الخلايا الأساسية لدواعي الثلوث البشري محدودة وتفقد نوع الفينول في الثقافة، كما أن الخلايا الجذعية التي تستخدمها أجهزة الإيقاع والتي تستخدمها أجهزة الإيقاع والتي توفر مصدراً وافياً ولكنها قد لا تُعيد بالكامل استخلاص الممتلكات الخاصة بالأعضاء، وبالإضافة إلى ذلك، فإن إنشاء نموذج متعدد الخلايا يتطلب أنواعاً متعددة من الخلايا يجب طباعتها أو بذورها مع ارتفاع الدقة.

الاتجاهات المستقبلية: نحو عمل، أجهزة قابلة للزراعة

4D Bioprinting and Dynamic Vasculature

وتشمل الحدود التالية تغييرات تعتمد على الزمن: السفن التي تتعاقد أو تغطس أو تعاد تشكيلها استجابة للمواطن. ويستخدم الطباعة الأحيائية 4D مواد ذكية (مثلا، البوليمرات الشكلية، والهيدروجيلات ذات درجة الحرارة) لإنشاء قنوات تغير قياس الأرض بمرور الوقت، مما قد يؤدي إلى بناءات ذات خصائص التلقيح الذاتي أو القدرة على الاندماج في التداول بعد زرع الأعضاء.

التكامل مع الفلوريكات والأعضاء على الجيب

ومن الطبيعي أن تكون قنوات الأوعية المطبعية ذات الطابع الحيوي مناسبة للمنصات العضوية على المضغية، ومن خلال أجهزة الاستشعار المدمجة (الأوكسجين، والهيدروجيني، والتشريد الكهربائي)، يمكن للباحثين رصد صحة الأنسجة في الوقت الحقيقي، كما أن نظم التفكك المغلقة التي تكيف التدفق استنادا إلى الطلب الأيضي هي قيد التطوير، ويمكن لهذه النظم أن تستخدم كرامج لفحص العقاقير أو حتى كأجهزة مؤقتة للتنبؤ الحيوي.

المسارات الأخلاقية والتنظيمية

ومع تقدم نماذج الأعضاء المثقفة التي تطبعها الطبيعة البيولوجية نحو الاستخدام السريري، فإن الاعتبارات الأخلاقية حول مصادر الخلايا، والنماذج الخاصة بالمرضى، وإمكانية الوصول المنصف، تعمل الهيئات التنظيمية على تصنيف هذه المباني باعتبارها أجهزة أو مواد علم البيولوجي أو منتجات مجمعة، وسيكون من الضروري إشراك أصحاب المصلحة والتحليلات الشفافة للمخاطر والمنافع لتوجيه الابتكار المسؤول.

خاتمة

وقد حولت قنوات الأوعية المطبعية المطبعية الحيوية نماذج الأعضاء المتعددة الخلايا من التركيبات الثابتة والرقيقة إلى أنسجة دينامية ومتينة تحافظ على الوظائف الخلوية المعقدة، وفي حين أن التحديات لا تزال قائمة في القدرة على التصعيد، والاستقرار الطويل الأجل، والترجمة السريرية، والوتيرة السريعة للابتكار في الندوات الحيوية، وتكنولوجيات الطباعة، والتصميم الحسابي، تعد بمستقبل تصبح فيه النماذج المصممة المسبقة للطب المصممة والمن.