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足場から注入されたチスス:バイオプリントされた管のチャネルの出現

バイオプリンティングは、単純なセルラデンの足場を超えて移動し、ヒト生理学の重要な側面を再現する複合体、多細胞臓器モデルを作り出しています。 中央のブレークスルーは、バイオプリント管のチャネルの統合です。 マイクロスケール、エンドテレシアル化コンジットは、栄養素、酸素、および組織のボリューム全体にわたって分子を信号伝達するように設計しました。 これらのチャネルがなければ、厚いコンストラスは、新症に苦し、ネイティブな組織のアプリケーションの動的環境を模倣し、将来の組織の原則を模擬することができません。

生体プリント血管ネットワークの基礎

管のチャネルの定義

生体印刷管のチャネルは、3Dバイオプリンターを使用して層によって作り出される空、管状構造です。これらのチャネルは、通常、支持的なハイドロゲルか細胞のマトリックス(ECM)の模倣で包まれた内皮細胞と並ぶ。彼らの直径は10から数百マイクロメートルの範囲で、頻繁に動脈硬化、毛細血管およびベニルのような分岐パターンを組み入れます。目標は、パーファブルなネットワークを作成することです。長期にわたる培養物は、長期にわたる多岐にわたる文化を可能にします。

血管構造のためのバイオプリント技術

いくつかのバイオプリントのモダリティが血管チャネルを作成するために採用されています。

  • 押出系バイオプリンティング:] 連続して、バイオシンクフィラメントをノズルを通して蒸着します。この方法は、太くて多層構造物を可能にし、より大きなチャネルに適しています。同軸ノズルは、空の繊維を1つのステップで生成できます。
  • Dropletベースのバイオプリンティング(インクジェット):] バイオリンのピコリットの小冊子は高分解能で配置されます。 精密なパターンの細胞とマトリックスを堆積するのに便利ですが、チャンネルの高さと機械的完全性に制限されています。
  • レーザーアシストバイオプリンティング(LAB):])は、ドーナリボンから基質にバイオシンクを転送します。 小さな、高忠実度管のネットワークに頻繁に使用される、高細胞の生存性と解像度を提供します。
  • []ステロリソグラフィベース(SLA/DLP):[ 光硬化性ハイドロゲルは、光を使用して層によって層によって凝固層です。 複雑で高解像度のチャンネルの幾何学に優れていますが、細胞の生存に影響を与える可能性のある光起業者が必要です。

血管構造のためのBioinkの公式

生体印刷されたチャネルの成功は、バイオシンクに大きく依存します。理想的なバイオシンクは、十分な機械的安定性と印刷性を提供しながら、細胞の添付ファイル、増殖、差分をサポートしています。一般的な材料は次のとおりです。

  • Alginate:]]] - カルシウムイオンでゲルを通した海藻由来の多糖類。 その急速なゲル化により、それはそれが哺乳類ECMのcuesを欠いているが、中空チャンネルを作成するための一般的な犠牲物質になります。
  • []Gelatin methacryloyl (GelMA):[])細胞結合のモチーフを保持する光架橋可能なゼラチン誘導体。エンドチレート化チャネルによく使われます。
  • フィブリン:]] 血液凝固に関与する天然タンパク質。 それは、血管内因症と内因性化を促進し、すぐに劣化します。
  • ]ヒアルロン酸(HA)誘導体:]は、内皮細胞のための水和、透過性環境を提供します。 多くの場合、コラーゲンまたはゲルマと組み合わせます。
  • 細胞化された ECM (dECM):[]] ネイティブ生化学信号を維持する組織固有のバイオシンク。 血管チャネルの場合、心臓または血管からのdECMは、最も関連性のあるマイクロエンバイメントロンを提供します。

最近の進歩は、複数の材料を結合します。: 犠牲コア(例えば、Pluronic F127、allginate)は、容器壁を形成するセルラデンシェルに囲まれたチャネルのルーメンを放置するために削除されます。 []]]] バイオマテリアルの研究では、同軸押出を使用して、内皮細胞と直接垂直方向のセルが垂直方向に並べて印刷する。 [FLT:]]

多角的なオルガンモデルのための複雑な Vasculature の設計

階層の分岐とヘモディネークス

ネイティブ血管ネットワークは階層的です: より小さい動脈や毛細血管に大きな動脈枝を、そしてベニルと静脈に石炭を処理します。 生体化モデルは、均一な灌漑を達成するために、この分岐を複製しなければなりません。 計算流体力学(CFD)シミュレーションは、せん断のストレス勾配と停滞ゾーンを最小限に抑えるチャネルの幾何学を設計するために使用されています。 チップのラボで作業は、マイクロ波構造の最適化に使用されます。[1]

歯内膜化とバリア機能

単にチャネルを印刷するだけでは十分ではありません。 ルーメンは、機能的な内皮細胞と緊密な障壁を形成する必要があります。 内皮細胞は、VE-cadherinやZO-1などの接合性タンパク質を整列し、調整することによってせん断のストレスに反応します。 多くのグループは、構造を介して細胞の懸濁液をperfusingし、その後、粘着を促進するために動的フローを適用することにより、事前シードチャンネルを事前シードしました。 パーicytesまたは滑らかな筋肉と共培養は、透磁率を安定させ、壁と調整することができます。

Parenchymal Cells との統合

生体版血管チャネルの真の力は、複数の細胞臓器モデル内で埋め込まれているときに現れます。例えば、肝モデルでは、肝細胞、ステレート細胞、およびカプファー細胞は、細胞が細胞を細胞に分散させ、子宮内細胞がチャネルを並べる一方、細胞は細胞を増殖させます。血管ネットワークに近いため、肝細胞は数週間代謝活性を維持することができます。 A 2019年 科学報告書で研究する 肝細胞が28日間にわたって生成されるバイオマスの生成と、細胞が進行中の細胞が、細胞が細胞を分解するの細胞が、細胞が修復されます。

疾患モデリング・薬物検査の応用

アトヒーロー性動脈硬化症および高血圧モデル

血管チャネルは、病理学的条件を模倣するために設計することができます。バイオシンク組成、壁剛性、またはフローダイナミクスを変更することにより、研究者は、ステノティックまたは高血圧の血管を作成します。内視機能不全、脂質蓄積、および免疫細胞の浸入は、制御された方法で研究することができます。これらのモデルは、プラーク形成および血栓症を調査するための動物研究の代替手段を提供します。

がん微分化装置モデリング

腫瘍は、創薬と血管再構築に非常に依存しています。バイオプリント血管チャネルは、科学者が共同培養腫瘍細胞、線維芽細胞、および現実的な3Dアーキテクチャにおける内皮細胞に関与することを可能にします。 結果マイクロタクターは、酸素と栄養素の勾配を展示し、生体腫瘍微小環境に移行します。 このようなモデルは、抗angiogenic薬をスクリーニングし、転移性を研究するために使用される[F]を報告する[F]を[F]を[F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] - [F] -

毒性・薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬用薬

薬物誘発性血管毒性を予測することは、医薬品開発における主要な課題です。 生体印刷血管拡張器モデルは、化合物の曝露時に内皮性バリアの完全性、血管拡張、および細胞の死のリアルタイムモニタリングを可能にします。 複数の臓器モデル(例、肝腎心臓)は、共有血管ネットワークによって接続され、全身の薬物代謝と分布を抑制し、動物実験に対する反復を減らすことができます。

臨床現実へのバイオプリントされた蒸気学の翻訳の挑戦

拡張性と製造の一貫性

センチメートルサイズのコンストラクトのラボスケールの製作は実現可能であり、フル厚さの血管形成皮膚パッチや腎臓のローブなどの臨床的に関連したボリュームを生成します。印刷解像度と速度のトレードオフはスループットを制限します。連続液体インタフェース生産(CLIP)と多材料印刷が役立つかもしれませんが、バイオプリントされた血管構造のための品質管理基準は依然として進化しています。

長期滞在・改造

バイオプリントされたチャネルは、数週間から数か月間、閉塞することなくオープンで機能を維持しなければなりません。 トロンボーン症、インティタル・ハイパープラシア、およびマトリックスの劣化は、すべての妥協の潜在能力を保ちます。 抗凝固剤コーティング(例えば、ヘパリン解放)および滑らかな筋肉細胞共培養は、船舶の完全性を維持するために探求されています。 ヴィヴォでは、ホスト免疫応答とさらなる複雑な結果を再構築します。 FDAは、3Dモデルを検証するために、医療試験を発しました[F]。

細胞の調達および Heterogeneity

第一次人間の内膜細胞は限られ、文化のフェノタイプを失います。誘発された気体細胞(iPSC)由来の内膜細胞は豊富な供給源を提供しますが、完全に臓器固有の特性をカプセル化することはできません。さらに、複数の細胞臓器モデルを作成するには、印刷または高精度で種子を塗る必要がある複数の細胞タイプが必要です。細胞固有のバイオシンクおよびシーケンシャルバイオプリンティング戦略の進歩は、この課題に対処しています。

未来の方向:機能的、移植可能なOrgansに向ける

4Dバイオプリントとダイナミックなバイスカルチュア

次のフロンティアは、契約、ディレート、またはシミュレートに対応する改造する時間に依存する変化を含みます。 4Dバイオプリンティングは、スマート素材(例えば、形状記憶ポリマー、温度感度ハイドロゲル)を使用して、幾何学を時間をかけて変化させるチャネルを作成する。 これは、自己治癒特性または注入後のホスト循環と統合する能力で構築につながる可能性があります。

マイクロフリッチドとオルガンオンアチップとの統合

生体認証管のチャネルは、臓器オン・アチッププラットフォームに適しています。センサー(酸素、pH、電気インピーダンス)を埋め込むことで、研究者は組織の健康をリアルタイムで監視できます。代謝の要求に基づいて流れを調整するクローズドループ灌漑システムが開発中にあります。これらのシステムは、移植のための一時的な生体認証機関として「生きること」薬スクリーニングプラットフォームとして機能するか、または一時的な生体認証機関として機能することができます。

倫理的および規制の経路

臨床使用、細胞調達、患者固有のモデル、および等しいアクセスの上昇に関するバイオプリントされた血管系モデルが進行するにつれて。 規制機関は、これらの構成をデバイス、バイオロジック、または組み合わせ製品として分類するために取り組んでいます。 ステークホルダーの関与と透明性のあるリスクメリット分析は、責任あるイノベーションを導くために不可欠です。

コンテンツ

生体化血管チャネルは、静的、薄い構造物から、複数の細胞組織を変形させ、複雑な細胞機能を維持できる、動的に、難燃性組織に形成しました。課題は、スケーラビリティ、長期的安定性、臨床的翻訳にとどまりつつありますが、バイオシンク、印刷技術、および計算設計におけるイノベーションの急速なペースは、患者固有の血管組織モデルが精密医療における定期的なツールとなり、潜在的な組織が組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織組織組織の組織の組織組織組織組織の組織組織が、組織組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織的組織的組織的組織的組織的組織的組織的組織的組織的組織的組織的組織的組織的組織的組織的組織的組織的組織的組織的組織的組織的組織的組織的組織的組織的組織的組織的組織的組織的組織的組織的組織的組織的