はじめに: 血管化バイオプリントされたチスの約束

バイオプリンティングは、ネイティブの組織のアーキテクチャと機能の密接に複雑にし、三次元構造の製作を可能にすることによって組織工学を変革しました。しかし、機能的な血管ネットワークなしで、毛細血管、動脈、およびベニル - 組織は、薄く、血管層が低酸素および陰嚢に急速に発症する制限を残しています。バイオプリント血管組織モデルへの能力は、将来の疾患モデルの解明、および組織再構成、および組織の活性化に不可欠になる可能性があります。この研究は、この研究を克服し、将来の研究を克服する、将来の研究を克服する、将来の研究を克服します。

バイオプリントとは?

バイオプリンティングは、組織のような構造を構築するために、正確な空間アレンジにおける生活細胞、バイオマテリアル、および成長因子を堆積する添加剤製造プロセスです。 従来の3Dプリンティングとは異なり、プラスチックや金属、バイオプリンティングは、ビオシンク[] - ハイドロゲル、細胞マトリックスコンポーネント、または他のバイオコンパシブル材料で中断された生存細胞を含む粘性製剤。 プリンタは、これらの複雑な形状を生成し、これらの複雑な形状を生体内に生成することができます。

いくつかのバイオプリンティングモダリティが存在します。

  • 押出系バイオプリンティング: 連続フィラメント沈着、高細胞密度や大型構造に適した。
  • ]インクジェットバイオプリンティング: ドロップレットベース、高分解能が向上しますが、長いプリント時間を超える細胞の生存率が低下します。
  • レーザーアシストバイオプリンティング:レーザーパルスを使用して、マイクロン精度を提供するドナーリボンからセルを転送します。
  • []ステロリソグラフィベースのバイオプリンティング[:層別バイオシンク層の光増量、複雑なアーキテクチャに最適です。

各技術は、解像度、スループット、および細胞の互換性においてトレードオフを持っていますが、機能組織の製作のオーバーアーキシングの目標にすべて貢献します。

血管拡張の重要な課題

天然組織は、代謝廃棄物を除去しながら、酸素と栄養素を届けるために、広範な毛細血管ネットワークに依存しています。 エンジニアリング組織では、そのようなネットワークの欠如は、約100〜200マイクロメートルの拡散限界につながり、それにより、コアダイの細胞。 この「血管化問題」は、歴史的に、太くて代謝作用のある組織が臨床使用のために構築されたことを防ぎました。

早期に足場を血管化しようとすると、種子内細胞を事前に形成されたチャネルに浸透させるか、成長因子のリリースによる血管形成に含まれた。しかし、これらの方法は、多くの場合、不規則で不十分なネットワークを生成します。バイオプリンティングは、より制御されたアプローチを提供しています。それは直接、内皮細胞と支持細胞(例えば、pericytes、滑らかな筋肉細胞)を事前に定義した幾何学的血管樹木を作成することで、自然分岐パターンを模倣する。

血管形成のための主バイオプリンティング技術

犠牲バイオシンク

最も成功した戦略の一つは、血管チャネルのための一時的なテンプレートとして印刷される[の犠牲物質]を使用します。 構造が交差リンクされ、安定化した後、犠牲インクが削除されます(例えば、溶解、加熱、または酵素消化)、過泡性中管を後ろに残します。 一般的に使用される犠牲インキは、Fluronic-fid-fid-fid-fid-fid-fid-fid-fid-fid-fid-fid-fid-fid-fid-fig.、およびg-f-f-f-f-f-f-f-sh-f-g-g-g-f------g-g----------------------------------------------------------------------------------

直接同軸の放出

同軸ノズルは、コアバイオシンク(エンドセルの含有)とシェルバイオシンク(支持マトリックス)の同時放出を可能にします。 構造が印刷されると、コア材料は選択的に交差する-リンクまたは削除することができ、船のようなチャネルを生成し、エンドトセルから外側に並べます。 この技術は、生理学的流量に耐えることができる特許マイクロパスセルを収穫します。

多角形・マイクロフリッチドのバイオプリント

複数のプリントヘッドを備えたモダンなバイオプリンターは、異なるセルタイプと材料を1つのセッションで堆積させることができます。例えば、別のノズルは、内皮細胞と血管ネットワークを印刷し、筋肉細胞を滑らかにする一方、肝細胞とバルク組織を印刷する可能性があります。マイクロ流体プリントヘッドは、バイオリンのリアルタイム混合を可能にし、成長因子の勾配や船舶の成熟を導く細胞マトリックスコンポーネントを作成します。

Situバイオプリント

再生用途では、Situバイオプリンティング堆積セルとバイオマテリアルを直接欠陥部位に組み込むことができます。血管イメージング(例えば、CTの血管構造から)と組み合わせると、プリンタは、インプラント後のホスト循環と統合する患者固有の血管テンプレートをレイアウトすることができます。このアプローチは、依然として実験的であり、再建手術の約束を保持しています。

血管構造用材料とバイオシンク

バイオシンクの選択は、印刷性と血管機能の両方を達成するための重要なことです。理想的なバイオシンクは、細胞の生存性をサポートし、適切な交差リンクを可能にし、組織の改造に一致する速度で劣化させる必要があります。一般的なバイオシンクコンポーネントには、次のものが含まれます。

  • ゼラチンメタクリレート(GelMA):内皮細胞の付着と増殖をサポートする光架式ゼラチン誘導体。
  • [Alginate]:急速なゲル化と高印刷性を提供するイオン性交差リンク多糖類は、多くの場合、他の材料と混合し、細胞の互換性を改善します。
  • Hyaluronic acid:血管内因を促進し、水和マイクロ環境を生成するネイティブの細胞マトリックスコンポーネント。
  • [Fibrin]:トロンビンの媒介を媒介させた多重化の後で形作られる自然なマトリックスは、そのpro-angiogenic特性のために、管状にされたティッシュ モデルで一般に使用されます。
  • [] 細胞化型細胞行列(dECM)[: 生体組織から派生する、dECMバイオイクは、船舶の形成と組織固有の分別をサポートする生化学的キューを保持します。

生体内膜細胞は、ヒトの臍帯内膜細胞(HUVEC)から来ているかもしれません。生体内膜細胞は、分光性幹細胞(頭皮細胞)、または微小血管内膜細胞から生じることがあります。 パーシスやメステルム細胞などの支持細胞タイプは、しばしば鼻腔血管を安定させ、増殖を促進するために凝固します。

血管形成されたバイオプリントモデルの適用

創薬・毒性学

血管組織モデルは、従来の2D文化よりも医薬品をテストするためのより生理学的に関連したプラットフォームを提供します。 薬は、ターゲット組織に到達するために内因性バリアを交差させ、そして、過食性血管ネットワークの存在は、研究者が動的環境で輸送、代謝、毒性を研究することができます。 例えば、統合された副鼻のような構造を持つバイオプリントされた肝臓モデルは、より正確に、薬物誘発性肝傷害を予測するために使用されてきました 静脈球培養体よりも。

病気の模倣

患者由来の細胞を組み込むことにより、バイオプリントされた血管構造は、疾患固有の現象型をカプセル化することができます。腫瘍微小環境は、例えば、癌細胞、内皮細胞、および免疫細胞とバイオプリントされ、血管内因症、転移、および抗癌に対する反応を研究することができます。同様に、糖尿病性創傷の血管モデルは、研究者が血管内膜および血管内膜症の検査を阻害することを可能にします。

再生医療

究極の包帯は、インプラント可能な血管組織と臓器を作り出すことです。バイオプリントされた血管拡張骨移植、皮膚の代替、および心筋のパッチは、前方動物モデルでテストされています。例えば、冠状のような生存と機能の不当なネットワークを含むバイオプリント心臓パッチは、不当なラットの心臓に注入したときに改善された生存と機能を改善しました。挑戦は、スケールアップにとどまりますが、人間規模の組織は急速に拡大しています。

今後の制限と今後の方向性

印象的な進歩にもかかわらず、血管化された生体認証組織が定期的な臨床ツールになる前に、いくつかの障害が克服する必要があります。

  • 解像度対スケール:センチメートルスケール上のカピラリー(5〜10μmの直径)を印刷することは困難です。 ほとんどの電流システムは、ネイティブカピラリーよりも大きい大きさの注文である50〜500μmルーメンを達成します。
  • 長期安定性]:生体印刷された容器は、酵素分解、細胞収縮、または適切な機械的キューの欠如のために、数週間後に整合性を失うことがよくあります。
  • ホストのvasculature[との統合:インプラントでは、印刷されたネットワークは、急速な灌流を達成するために患者の循環で異常なものでなければなりません。予測不可能でしばしば不完全であるプロセス。
  • 標準化と規制承認:バイオシンク組成、印刷パラメータ、品質管理は広く変化し、臨床試験への翻訳を妨げます。

新興ソリューションには、サブ10μmの解像度、の集合体化成長因子の組み入れ、空間的に制御された勾配で]の生成、およびの組み込まれた生体的成長因子[]の空間で、また、印刷された船舶のパターンを最適化するために、]の自己組織化バイオシンクの形成を可能とする。

今後、臓器-on-a-チップ技術を用いたバイオプリントのコンバージェンスは、高度スループットスクリーニングに使用できる、小型化血管系人組織モデルを生成することがあります。一方、生体印刷の夢は、包括的な機能、移植可能な人体器を、階層的な血管の完全で再現します。科学のフィクションはもはやなく、世界中で研究機関が積極的に推進する長期的な目標です。

コンテンツ

バイオプリンティングによる血管系組織モデルを作成する能力は、組織工学におけるパラダイムシフトを表しています。単純な血管構造を超えて移動することにより、研究者は、生き残る組織を構築することができます。機能、そしてネイティブ臓器のように動作させる。薬物検査から再生インプラントまで、アプリケーションは広大な。バイオリン酸製剤の継続的な革新、プリント解像度、および灌流培養は、この変形技術の完全な潜在能力を実現するために不可欠です。成熟した臨床薬は、バイオリンの角質化とバイオリンの両面研究のコーナーになります。

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