מחלות כבד כרוניות משפיעות על מיליוני אנשים ברחבי העולם, וכאשר המטופל מתקדם לכישלון כבד של שלב, הטיפול היחיד הוא השתלת איברים.אבל הביקוש לכבד התורם הרבה יותר עולה על האספקה, עם אלפי חולים מתים על רשימות המתנה בכל שנה.בתגובה, החוקרים פונים לרפואת רגנרטיבית ו bioprinting כדי לייצב רקמת כבד פונקציונלית שיכולה לגשר על הפער בין ההתקדמות המבטיחה ביותר הוא חיבת של כלי דם מורכבים, אשר יש צורך, אשר יש צורך, אשר יש צורך, כדי לשנות את כלי דם מורכבים, אשר יש צורך, כי יש צורך, אשר יש צורך, כי יש צורך, כי יש צורך, כי יש צורך, כי יש צורך, כי יש צורך, 000 פונקציונליים, כי יש צורך, כי יש צורך, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 פונקציונליים, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000

הצורך הקריטי ב-Vircularized Live Tissues

מחלות חי, כולל cirrhosis, hepatitis ויראלי, מחלת כבד שומני לא אלכוהולית, והוא hepato cell carcinoma, הם בין הגורמים העיקריים למוות ברחבי העולם.על פי ארגון הבריאות העולמי, מחלות כבד לגרום מעל שני מיליון מקרי מוות בכל שנה.עבור חולים עם ספיקת כבד חריפה או כרונית, השתלת כבד היא תקן הזהב, אבל מספר התורם זמין יש ביקוש ארוך יותר עבור אנשים בודדים לא מספיק זמן לא יותר מאשר אנשים רבים.

השתלת כבד חלקית מתורמים חיים יכולה לעזור, אבל היא נושאת סיכונים לתורם ולא תמיד אפשרית. חלופה בת קיימא תהיה מהנדס סוללת כבד פונקציונלי שניתן להשתל ישירות לתוך המטופל, לשחזר את הפונקציה ללא צורך באיברים שלמים.עם זאת, עבור רקמת כבד ממונדסת לשרוד לאחר השתלת, יש צורך ברשת vascular-דם מובנה להתחבר לתאים מעגליים וספק חמצן זה.

להבין את Bioprinting of Liver Lobules

Bioprinting היא טכניקה ייצור תוספת כי להפקיד תאים חיים, גורמי צמיחה, ו biomaterials בדפוסים תלת-ממדיים מדויקים לשחזר אדריכלות רקמות Native. עבור כבד lobules - יחידות פונקציונליות בצורת hexagonally בצורת של הכבד שבדרך כלל למדוד על אחד לשני מ"מ בקוטר - תוך הדפסה שואפת לשחזר את ההסדר המורכב של hepatocytes, bilelyicic, ואת הסינוסים של רשת אחת, כמו ניקוי דם אחד.

אדריכלות ביולוגית של Liver Lobule

כדי להעריך את האתגר, לשקול את המיקרו של הכבד הטבעי של מבנה. a יחיד lobule מאורגן סביב הווריד המרכזי, עם צלחות של hepatocytes קורנים החוצה כמו דוברי על גלגל. בין צלחות תאים אלה הם סינוסים - ערוצים דמויי סויה היישר עם צפיפות אנדליקטיים ייחודי תאים הנדסיים - אשר לשאת דם מן הפורטל לעבר הפריפריה לעבר מרכז אספקת הדם הוא רקמות אחת מתאימה של תאים.

המונחים: bioprinted Liver Lobules

הדפסה של bule vascularized דורש מבחר זהירה של סוגים תאים, ביו-חומרים ושיטות הדפסה.אבני הבניין חיוניות כוללים את הפעולות הבאות:

  • (FLT:0) hepatocytes:FLT:1 התאים העיקריים של הכבד, אחראי על פונקציות מטבוליות כולל detoxification, סינתזת חלבון, וייצור דויל. hepatocytes ראשוני אנושי הם תקן הזהב, אבל הם קשה להרחיב בתרבות; תא גזע בשפע (iPSC)-derive hepatocytes הם אלטרנטיבה מבטיחה.
  • תאים אנדואליים: FLT:1 Cells כי קו הפנים של כלי דם.עבור סינוסאידים, תאי קצה הסינוסאידים הכבד (LSECs) הם אידיאליים כי הם יוצרים capillaries מחוסנים המאפשר מעבר סלקטיבי של מולקולות. תאים אנדוטיים של אנדופיליים (VECs) משמשים לעתים קרובות כמו תחליף מוקדם של מחקר.
  • (FLT:0) ממטריקס תאי (ECM) ביוינק: 1FLT 1 A hydrogel המחקה את הכבד הטבעי ECM, מתן תמיכה מבנית וסימנים ביוכימיים. ביו-ביונקס נפוצים כוללים סוג הקולגן I, ג'לטין methacryloyl (GelMA), אלג'ין, חומצה היאלורית, ו de cell ECM.
  • תאים:0 תאים:FLT:1 תאים hepatic stellate תאים Kupffer ניתן לכלול כדי לחקות טוב יותר את המיקרו-סביבה של הכבד ואת פונקציות החיסון, אם כי מבנים נוכחיים רבים מתמקדים בזוג ההפטיציטים-endotial.
  • (FLT:0) ערוצים חשמליים: FLT:1 במהלך תהליך ההדפסה, ביוינק הקרבי (לדוגמה, ג'לטין או פלואורטוני F127) ניתן להפקיד בדפוס של כלי הדם הרצויים ולאחר מכן להסיר על ידי חימום עדין או פירוק, משאיר מאחור סיכה חלולה שניתן לזרוע תאים אנדואליים כדי ליצור רשת פטנט.

טכניקות הדפסה: מחדירה ועד שיטות מבוססות אור

כמה אסטרטגיות הדפסה ביולוגית מועסקות כדי לייצר את הנורה הכבד:

  • (FLT:0) הדפסה ביולוגית: FLT:1 (A pneumatic או מכני מערכת דוחפת הידרוגל בעל תא באמצעות נחירות דפוס מבוקר. שיטה זו יכולה לייצר מבנים גדולים אך עשויה לכפוף לתאי לחץ Shear.זה מתאים היטב ליצירת הערוצים הגדולים הדרושים עבור vascularization.
  • (FLT:0)Drop-on-ביקוש (inkjet) ביו הדפסה: 1FreaLT השתמש הדופק תרמי או ⁇ electric כדי להזריק טיפות קטנות של ביובק.הוא מציע החלטה גבוהה אבל יש לו שיניים תא נמוך יותר והוא מתאים יותר לתבניות צמיחה או שכבת תאים דק.
  • (FLT:0) הדפסה מבוססת אור (DLP ו-SLA): עיבוד אור דיגיטלי (DLP) וסטראוליתוגרפיה (SLA) משתמשים אור ממוקד כדי לצלם את שכבת הביובק על ידי שכבה.טכניקות אלה מספקות החלטה יוצאת דופן (בחזרה למיקרומטרים) ואידיאלים ללכידת פרטים יפים כמו bilelealalic But, בדרך כלל הם דורשים צילום ביולוגי מהיר יותר.
  • (FLT:0) חדירה אקסקלית: ההרחבה 1 (Afold-nozzle system) אשר בו זמנית מדפיסה ליבת ופגז - שימושית ליצירת ערוץ (הליבת התחתונה) המוטבע בתוך מעטפת הידרוגלת צלולה של תא.

שילוב טכניקות אלה - לדוגמה, באמצעות DLP כדי לעצב את לוחיות ההפטרוציטים ואת extrusion כדי ליצור את הווריד המרכזי גדול יותר - מאפשר לחוקרים לבנות ערפילית מאורגנת בירושה עם ההחלטה והסקאלה הנדרשת.

כתובת: The Vascularization Challenge

וחילון הוא המכשול הגדול ביותר ליצירת רקמת כבד השתלות.ללא אספקת דם בלתי ניתנת להשגה, כל רקמה עבה יותר מ -200 מטר תסבול מחמצן ומחסור תזונתי בליבה שלה. בתנודות כבד, רשת הסינוסים הטבעית מבטיחה שכל hepatocyte הוא בתוך כמה רוחב תאים של אתגר הדם.

אסטרטגיות לבניית רשתות וחילוניות

חוקרים פיתחו מספר גישות ליצירת נוריות מוטבעות:

  • (FLT:0) templating:earFLT:1 ; חומר יוצר ערוצים (כמו ג'לטין או שעווה מפוכחת מים) מודפס בגאומטריה הרצויה ולאחר מכן הוסר, משאיר צינור חלול.הערוצים מופסקים לאחר מכן על ידי ראיית תאים נוסטליים.
  • (FLT:0) ושילוב מיטה מעגלית: FIRLT:1) רשת מיקרו-וסקולרית בעלת מבנה של איברים מחוסנים או שבב מיקרו-השפעה, משמשת כפיתק שעליו הואפטציטים מושרשים.מבנה האנייה הקיים יכול להיות re-endotalized. גישה זו כמה גמישות אבל מפצת טבע דפוסים.
  • (FLT:0in situ vascularization:FreaLT:1) המבנה מושתל ומסתמך על התגובה האנגיוגנית של המארח לגדול כלי שיט חדשים לתוך הרקמות.גורמי צמיחה כמו VEGF יכולים להשתלב לתוך הביובק כדי למשוך נבטים של קצה.עם זאת, תהליך זה יכול לקחת ימים או שבועות, ואת הליבה של עבה עשוי לבנות כלי ערפילי לפני לפלוש.
  • (FLT:0) הדפסה אקס-קסיאלית: FLT:1 כפי שהוזכר, נושל בתוך נושל מאפשר מחיקה בו זמנית של הליבה ללא תאים (כדי להפוך כלי) ופגז חיצוני בעל תא.

מחקר ציוני דרך שפורסם ב-FLT:0. [Science AdvancesFreaLT:1] הראה את הביוגרף של רקמת כבד בקנה מידה סנטימטר המכילה רשת כלי רכב פטנט שניתן לחדור עם דם FLT:2(קישור לנייר) FigLT:3 לאחר השתלת עכברים, כלי המחוברים עם מחזור בתוך שבוע אחד, ואת hepatocytes נשמר פונקציונליות במשך שבועות.

אתגרים מעל וחילון

בעוד vascularization הוא ההורדה הבולט ביותר, כמה מכשולים אחרים יש להתגבר לפני כיבולות כבד מוטבע ניתן להשתמש בחולים.

מקור תאים והתרחבות

הפטריוציטים האנושיים העיקריים הם סוג התא המועדף כי הם נבדלים לחלוטין ויש להם את כל פונקציות הילידים. עם זאת, הם לא מתרבים היטב בתרבות והם בדרך כלל מרקמה התורם כי הוא גם באספקה קצרה. induced pluripotent תא גזע (iPSC)-d hepatocytes באופן פעיל מציעים מקור בלתי מוגבל ויכול להיות מטופל-התאמה עבור immunocompatibility אבל הם לא תאים שונים עם דלקת מפרקים עם דלקת ריאות.

המונחים: bioink Formulation

הביוינק האידיאלי חייב לתמוך בכדאיות גבוהה של תאים במהלך הדפסה, לספק שלמות מבנית להחזיק את צורת הנורה המורכבת, ו degrade בקצב הנכון כדי לאפשר תאים לעצב מחדש את הממטריקס.זה חייב גם להיות התכונות המכאניות הנכונות - נוקשה מדי ותאים לאבד תפקוד, רך מדי ואת המבנים קריסת אותות. עבור כבד, ממטריקס רך יחסית (מונופולסטיק סביב 1–10) הוא גם תכונות מתאימות על בסיס פולינרית, במיוחד.

חיסון חירום

גם עם iPSCs של המטופל, יש סיכון של דחייה חיסונית אם התאים אינם מתאימים באופן מושלם או אם הביו-חומרי עצמו מעורר תגובה גוף זר.המבנה האלוגיני ידרוש דיכוי חיסוני דומה להשתלת איברים שלמים.דרך אחת היא לגרום סובלנות חיסונית או מהנדס תאים "hide" ממערכת החיסון (למשל, על ידי ביטוי חלבונים חיסוניים של חיסון, עדיין מתקדם במהירות, אך ורק לאחר מכן הוא עדיין לאורטימיים.

סקלאלה וייצור יעילות

כבד יחיד מכיל בין 500,000 ל 1 000 ליטרים. עבור השתלה, אחד צריך פלח רקמה המכיל מאות נוריות - סנטימטר מעוקבים מדי נפח. ביוגרף הנוכחי דרךput אינו מספיק כדי לבנות כזה גדול, גבוה ברזולוציה גבוהה לבנות במהירות מספיק כדי לשמור על כושר תא.חדש מערכות הדפסה מקבילה מפותחות, אבל השדה עדיין מוקדם, בנוסף, תהליך ניהול טוב (Gplitex) דורש שימוש בתאים קליניים קפדניים (Gplitative)

פיתוחים אחרונים וגבול מתפתח

למרות ההוורדים, קצב ההתקדמות בביוגרף הכבד הוא מאיץ.כמה התקדמות לאחרונה הם בעלי ערך מיוחד.

מיקרופלודיפיק Perfusion ב- Bioreactors

לאחר יצירת ערפילית ביו-מוטבעת, יש לשמור אותה בסביבה מבוקרת כדי להתבגר לפני ההשתלה.ביולוגיים כי לנצל את הערוצים הvascular עם מדיום תרבות מחמצן הוכחו לשפר את תפקוד הפטיציטים באופן דרמטי. חוקרים במכון הווילס בהרווארד פיתחו גם שבבים קשים-על-ידי-אצ'יפ המכילה ונואידית מוטבעת ביולוגית; לשמש גם עבור מערכות חסימת שבבים וספקים כאלה, אפילו לפני שהפכו ל-ב"כ- 30 ימים.

עקבו אחרי iPSC-Derived Organoids

איברים – עצמם מאורגנים אשכולות תאי 3D אשר מחקים איברים מיניאטורות - יכולים לשמש "אבני בנייה" בתוך פיגומים מוטבעים ביו-מוטבעים.לדוגמה, איברים כבדים המכילים hepatocytes, cholangiocytes, ותאים נוסטליים הודפסו לתוך מבנים הנדסת ליטיסקואידיים מדויקים. כאשר בשילוב עם תבנית vasial vastial, וכתוצאה מכך, המבנה הראה פעילות מוגברת ושילוב של תרכובת גוף זה יכול להיות בעל שילוב מדויק של סגסוגת עצמית של סגסוגת מולקולרית יעילה של סגסוגת האיברוזיס עצמי של האיברוזיס עם ביולוגיה מולקולרית יעילה ביותר עם סגסוגת האיברוזיס.

ב-Vvo Efficiency and Preclinical Models

עד כה, רוב רקמת הכבד המוטבעת נבדקה במודלים קטנים של בעלי חיים (עכברים וחולדות) קבוצות מספר הוכיחו כי מבנים מושתלים יכולים להשתלב עם מחזור מארחים לייצר חלבונים מסוימים של כבד, כגון אלביין ו-Apha-1 אנטיטריפפסיה (Aphain ו-Aphaelpha-1 Antitrypsin) במחקר 2023 שפורסם ב-FLT:0Cell Reports MedicineFLT:1), כבד מודפס חלקית, אשר כלל תאים אנושיים של תאים סרטניים (iPS) אשר משמשים כיום, ו-Certorial) אשר משמשים ל- 30 ימים של מחלות כבד מוחלים, 000) ב- 30 ימים של כבד כבד כבד, 000 של מחלות כבד כבד כבד, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000) כדי להתגבר על פני ספיקתיקים, 000, 000 של מחלות כבד, 000, 000, 000, 000, 000, 000 כבד ממין, 000, 000, 000 של מחלות כבד כפולים, 000 כבד מעוגלמימין, 000, 000 של מחלות כבד כפולים, 000, 000, 000, 000, 000 של סרטן כבד כפול, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 תאים חמורים שלביוריציפר

תרגום קליני ודרכי התפטרות

להביא מוצר ביו-מוטבע כבד לקליניקה ידרוש ניווט נוף רגולטורי מורכב.בבארצות הברית, ה- FDA יסווג מוצר כזה כמוצר משולב (הדק + ביולוגי), הדורש יישום תרופות חדשות (IND) או יישום קבוע של תרופה (Hid) או תרופה סטנדרטית של תרופה קבועה של טיפול תרופתי, סטריליות, היעדר גידוליגניות, וייצור עקבי יהיה נתון למורכבות של חמישה שנים לפחות עבור תמיכה ביולוגית.

יישום ארוך יותר הוא השימוש של ביו-מוטבע כבד כמו (FLT:0disease מודלים ופלטפורמות הגנת סמים: 1. â ¢ אלה "לחנון-על-a-chip" התקנים יכולים לשלב תאים ספציפיים לחולה כדי מודל מחלות כבד גנטיות או לבדוק רעילות סמים. חברות תרופות כבר משתמשות במשבות פשוטות יותר; צינורות ביו-מוטבע עם שקע מתאים יכול להיות צפוי יותר תהליכים סטנדרטיים של ייצור תעשייתי יכול להיות מנבאנטי של חומרים מסחריים.

תחזית עתיד

הדפסה של vascularized כבד lobules הוא מתקדם לאורך שני מסלולים מקבילים: אחד מכוון להשתלת והשני ב מודלים vitro. בעוד מטרת ההשתלה נשאר שאיפה, ההתכנסות של פורמולות ביוינק חדשות, גבוהה ברזולוציה גבוהה של הדפסה רב-חומרית, ושיפור של תאי גזע הוא להעביר את השדה קדימה עם מהירות מוגברת.

נוריות עתידיות עשויות לכלול לא רק hepatocytes ו תאים endothelial, אלא גם תאים דו-לקיים כדי ליצור מערכת ניקוז מלא biliary ניקוז, תאים חיסוניים כדי ליצור סביבה יותר פיזיולוגית.המטרה הסופית - צמח כבד השתלות, פולשני שיכול לקיים חיים בחולה עם כשל כבד - עדיין שנים מהמציאות, אבל כל אחד מראש מוביל זה קרוב יותר, כמו חוקר אחד, פשוטו כמשמעו, "אנחנו רואים את העבודה" על ידי בניין אחד."

ההבטחה של צמצום התלות באיברים התורמים ומציעה תקווה למיליוני ההמתנה להשתלה היא מניע חזק.עם המשך השקעה ושיתוף פעולה בין-תחומי, הנורה הכבד המוטבעת עשויה יום אחד להפוך כלי שגרתי במאבק נגד מחלת כבד של סוף-שלב.