מתוך Scaffolds to Perfused Tissues: The Emergence of Bioprinted Vecular Channels

Bioprinting עבר מעבר לפסלים פשוטים של תאים-לדן לייצר מודלים מורכבים, רב תאיים כי recapitulate היבטים מרכזיים של פיזיולוגיה אנושית. פריצת דרך מרכזית היא שילוב של ערוצי vascular מוטבעים ביו-קומדומים - מיקרוסקופ, conduits conduits ממוחזרים שנועדו לספק חומרים מזינים, חמצן, וסמן מולקולות לאורך כל נפח הרקמות אלה, סובלים מערפיליות סמיכות מתחומים צבאיים ונכשלים כדי לחקות את הסביבה הדינמית, כדי לחקור את החומרים הסטרואידים של איברים ביולוגיים, ולארמים עתידיים.

יסודות של רשתות Bioprinted ואקולאריות

Defining the Vascular Channel

ערוץ vascular מוטבע הוא מבנה חלול, סלולארי המאורגן על ידי שכבה באמצעות ביוגרף 3D. הערוצים האלה בדרך כלל מקופל עם תאים נוסטלליים, והוא מוטבע ב הידרוג תומך או ממטריקס חוץ סלולרי (ECM) לחקות.הקוטרים שלהם בין עשרות למאות מיקרומטר, לעתים קרובות משלב דפוסים של ענף הדומה לאמנות, capilla, ו- ריצוף ארוך יכול ליצור רשת תאים.

טכנולוגיות ל-Vircular Structures

כמה שיטות הדפסה ביו-printing מועסקות כדי ליצור ערוצי צרקול:

  • (FLT:0) הדפסה ביולוגית מבוססת Extrusion: ibph:1 , רצף מתמשך של פשפשים ביובק באמצעות נושל. שיטה זו מאפשרת בנייה עבה, רב שכבתית והוא מתאים לערוצים גדולים יותר.
  • (FLT:0) הדפסה ביולוגית מבוססת ינטרופיה (inkjet): 1FLT:1 טיפות פיקאוליטר של ביוינק ממוקמים עם רזולוציה גבוהה. שימושי עבור הפקדת תאים וממטריקס בדפוסים מדויקים, אך מוגבל בגובה ערוצים ויושרה מכנית.
  • (ה-LABIR):0 (Laser-Aliced bioprinting) (LABIR): 1A לייזר דופק מעביר ביובק מ-Ribbon התורם למצע גבוה של יכולת תאים ורזולוציה, המשמש לעתים קרובות עבור רשתות קטנות, גבוהות נאמנות גבוהה.
  • (FLT:0) tereolithography מבוסס (SLA / DLP): FLT:1 hydrogels photocurable הידרוגלילים הם שכבתיים מוצקה על ידי שכבה באמצעות אור. מעולה עבור מורכבות, ברזולוציה גבוהה ערוץ גיאוגרפי מטבול, אבל דורש photoinitiators שעלול להשפיע על הישרדות תאים.

פורמולות ביוינק עבור ווסקולריות

הצלחתו של ערוץ ביו-מוטבע תלויה במידה רבה בביובק.ביונקס אידיאלי לתמוך בהחזקה של תאים, בתפוצה ובשונה תוך מתן יציבות מכנית מספקת וחומרים משותפים.

  • (ב) [ה]ב"ה]: [ה][ה]], [ה], [ה], [ה]], [ה]], [ה]][ה]]]][ה]]], [ה[[המאה ה-20], אך אין לו רמזים ממאמניים ECM.
  • (ב) ⁇ :0) גללטין methacryloyl (Gelcio): FLT:1 נגזרת ג'לטין photocrosslinkable שומרת מוטיבים עם מיכלי תאים.
  • (ב) ויקרא יא:א): "בְּהָשָׂה אֱלֹהִים אֱלֹהִים אֲשֶׁר נָעָשָׂה אִם עַמְתָּעָה אִם עַמְתָּעָה" (בראשית כ"ד).
  • (ב) [[1924]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]
  • (FLT:0)Decellized ECM (dECM): ibph:1 ; bioinks ספציפיים issue-specific כי לשמר אותות ביוכימיים ילידים.עבור ערוצי vascular, dECM מלב או כלי דם מציע את המיקרו-סביבון הרלוונטי ביותר.

ההתקדמות החדשה משלבת חומרים מרובים: ליבה הקרבית (למשל, פלואורטוני F127, אלג'ינאטה) אשר הוסרה לאחר הדפסה כדי להשאיר ערוץ lumen, מוקף מעטפת תא-לדן שיוצרת את קיר הספינה.

עיצוב מורכבות ואקולציה עבור מודלים של איברים רב-קלריים

הירוככים וההומודינמיקה

רשתות vascular הן היררכיות: מודלים גדולים של עורקים קטנים יותר ו capillaries, ואז פחם לתוך venules ורידים.מודלים bioprinted חייב לשכפל ענף זה כדי להשיג דינמיקה אחידה. Computational נוזל דינמי (CFD) סימולציות משמש כעת לתכנון ג'ממטים כי מצמצם ⁇ מתחים ומחוזות stagnaure: FLTd לשימוש מיקרו-D) במיקרו-CLTd (CLTd) של פעילות מיקרו-D) כדי למיקרו-D) סימולציות שרירים כדי למיקרו-CLTD) משתמשים כעת כדי לעצב cLTD (CLTd) כדי לתדבמעבדות חמצן כדי לתחסין (CLTd) כדי לתד) כדי לתדבגדוליתיקים CLTd) כדי לתחמילאבות חמצן מגנטיתיקים של צינורות חמצן למיקרו-D) כדי לתחמיכות חמצן מצמצם את רשתות מתכתבמרכזיתים במיקרו-D) כדי לתחמיכות חמצן מצמצם את רשתות חמצן למיקרו-D) כדי לתד"מתאים לשימוש מיקרוסקופיים CLTD) כדי לתד"תיקים CLTD) כדי לתד"מתאים לשימוש

Endothalialization and Barrier function

פשוט הדפסה ערוץ לא מספיק; את lumen חייב להיות קוד עם תאים ריריים פונקציונליים כי צורה מחסום חזק. תאים אנדואלי להגיב ללחץ Shear על ידי התאמה ו upregulating חלבונים צומת כגון VE-cadherin ו ZO-1. קבוצות רבות לפני שימוש בתאים באמצעות המבנה, ולאחר מכן החלת התקדמות דינמית להדבקה של תאים חלק או קיר ייצוב.

אינטגרציה עם תאים פארמיים

הכוח האמיתי של ערוצי vascular מוטבע כאשר הם מוטבעים בתוך מודל איברים רב תאיים.עבור מודל כבד, למשל, hepatocytes, תאים כוכביים, ותאים Kupffer מחולקים בחלל ה-Rovervascular, בעוד תאים אנדוטליים קו הערוצים.

יישומים בבדיקת מחלות ובדיקות סמים

Atherosclerosis ו Hypertension מודלים

ניתן להנדס ערוצי אשקוליים כדי לחקות תנאים פתולוגיים.על ידי שינוי ההרכב הביוינק, קשיחות קיר או דינמיקה זרימה, החוקרים ליצור כלי מנטומטי או היפרtensive.תפקוד אנדואלי, הצטברות שומנים, ואת חדירה תא החיסון ניתן ללמוד באופן מבוקר.מודלים אלה מספקים אלטרנטיבה למחקרי בעלי חיים לחקירה של פלאגמנט ו thrombosis.

סרטן Microenvironment Modeling

Tumors מאוד תלויים אנגיוגנזה ומודל מחדש פולשני.ערוצים ביונדנדנדים מאפשרים למדענים לשתף תאים חקלאיים, פיברבסטוסטים, ותאים נוסטלליים בארכיטקטורה ריאלית 3D.

סמים רעילים ורוקפוחיות

חיזוי רעילות פולשנית סמים הוא אתגר גדול בפיתוח תרופות.מודלים איברים מוטבעים bioprinted מאפשר ניטור בזמן אמת של שלמות מחסום קצהלית, vasodilation, ומוות תאים על חשיפה לתרכובות. מודלים רב-אורגניים (למשל, כבד-קיר-לב) המחובר על ידי רשת vascular משותפת יכול לשחזר את חילוף החומרים המערכתיים ואת הפחתת ניסויים בבעלי חיים.

אתגרים בתרגום ביונדנד ושוקל למציאות קלינית

סקלאלה וייצור קונסיסטנסיות

בעוד שייצור בקנה מידה מעבדה של מבנה בגודל ס"מ הוא אפשרי, ייצור כרכים רלוונטיים קלינית - כגון תיקון עור vascularized או lobe הכליה - נשאר מרתיעה.רזולוציה ההדפסה לעומת מהירות המסחר-off גבולות באמצעותput.התקדמות בייצור ממשק נוזלי מתמשך (IP) הדפסה רב-חומרית עשויה לעזור, אך בקרת איכות עבור מבנים biorated עדיין מתפתחת.

סבלנות לטווח ארוך ושיפוץ

הערוצים המוטבעים חייבים להישאר פתוחים ותפקודיים במשך שבועות עד חודשים ללא היסוס. Thrombosis, hyperplasia intimal, והשפלה מטריצה יכולה כל מהירויות פשרה. Anticoagulant ציפויים (למשל, שחרור heparin) ו-Co-Cort co-culture של תאי שרירים חלק נחקרים כדי לשמור על שלמות כלי שיט. in vivo, התגובה החיסונית המארחת ושיפוץ תוצאות נוספות.

תאים סוקורים והטרוגניות

תאים אנושיים ראשוניים הם מוגבלים ומאבדים פנוטיפ בתרבות. induced pluripotent תא גזע (iPSC) תאים endothelialיים מופחת מציעים מקור בשפע אבל אולי לא יכול לחלוטין לבודד תכונות ספציפיות איברים.בנוסף, יצירת מודל איברים רב תאי דורש סוגים מרובים של תאים שיש להדפיס או זרע עם דיוק גבוה.

כיוונים עתידיים: לעבר איברים פונקציונליים, השתלות

4D Bioprinting ודינמיקה ו- Dynamic Veculature

הגבול הבא כולל שינויים תלויים בזמן: כלי שיט החוזה, דילול או מודל מחדש בתגובה לגירויים. 4D bioprinting משתמשת בחומרים חכמים (למשל, פולימרים בצורת, הידרוג'ל רגישים לטמפרטורה) כדי ליצור ערוצים שמשנים גיאומטריה לאורך זמן.זה יכול להוביל לבנות עם תכונות של עצמו או את היכולת להשתלב עם המארח לאחר השתלת.

אינטגרציה עם Microfluidics ו-Orc-on-a-Chip

ערוצי vascular מודפסים מתאימים באופן טבעי לפלטפורמות של איברים על-ידי הטמעת חיישנים (oxygen, pH, אימפולס חשמלי), החוקרים יכולים לפקח על בריאות רקמות בזמן אמת.סגור-פרלופ שתואם זרימה המבוססת על ביקוש מטבולי הם תחת התפתחות.מערכות אלה יכולות לשמש "לחיות" פלטפורמות סינון סמים או אפילו כאיברים מלאכותיים זמניים להשתלה.

נתיבים אתיים וגישור

כמו מודלים של איברים מוטבעים מוטבעת מתקדמת לשימוש קליני, שיקולים אתיים סביב מיקור תאים, מודלים ספציפיים לחולה, ועלויות גישה שוויוניות עולות. גופי רגולציה פועלים לסווג את המבנים האלה כמכשירים, ביולוגיות או מוצרים שילוב. Stake מעורבות ואנליזה שקוף סיכון-תועלת סיכון יהיה חיוני להנחות חדשנות אחראית.

מסקנה

ערוצים vascular מודפסים הפכו את ה- Multi-תאיים הדוגמנות סטטיים, דקים לרקמות דינמיות, חד-משמעיות התומכות בתפקודים סלולריים מורכבים.בעוד שהאתגרים נשארים בדרגות, יציבות לטווח ארוך, ותרגום קליני, הקצב המהיר של חדשנות בביונקס, טכנולוגיות הדפסה ועיצוב חישובי מבטיח עתיד שבו מודלים ספציפיים למטופל, פולשניים הופכים לכלים שגרתיים ברפואה - ובאופן פוטנציאלי לטיפול חוזר של איברים קריטי.