생물공학의 사용은 문화에서 혈관 조직 모델을 만들 수 있습니다.

소개: 혈관질된 생식 조직의 약속

Bioprinting은 3차원 구조의 제작을 가능하게함으로써 조직을 변형시켰습니다. 이 조직은 기본 인적 조직의 아키텍처와 기능을 복제합니다. 그러나 기능적인 혈관 네트워크 - 필라트리, 동맥 및 venules-engineered 조직이 얇고 혈관 층을 신속하게 습식 및 신경계에 습식합니다. 생체 조직 모델의 생체 조직 모델의 능력은 중요한 이정표를 갖게되어, 현재의 기술 개발 및 최신 기술을 통해 새로운 가능성을 잠금 해제하고, 현재의 기술 개발 및 최신 기술을 탐구합니다. 이 조직은 생물 조직의 발전을 위한 새로운 가능성을 열어줍니다.

Bioprinting이란?

Bioprinting은 조직과 같은 구조를 구축하기 위해 정밀 공간 배열에 살아있는 세포, 생물 물질 및 성장 요인을 예금하는 첨가제 제조 공정입니다. 플라스틱 또는 금속을 사용하는 기존 3D 인쇄와 달리, 바이오 프린팅은 ]bioinks]- 하이드로젤, extracellular matrix 구성 요소 또는 다른 생체 호환 물질에서 중단되는 viable 세포를 포함하는 비옥한 정립을 가진 생물 공학. 프린터는 이러한 자연적인 층을 가진 자연적인 층을 형성할 수 있습니다, 이 층을 가진 자연적인 층을 창조하는 자연적인 층을 창조하는 자연적인 층을 창조하는 돕습니다.

몇몇 생물 인쇄 modalities는 존재합니다:

압출 기반 바이오 프린팅: 고세포 밀도 및 대형 건설에 적합한 연속 필라멘트 증착.
I 제트 바이오 프린팅: 드롭렛 기반, 긴 인쇄 시간 동안 높은 해상도를 가능하게하지만 낮은 세포의 생존율을 가능하게.
Laser-assisted bioprinting: 레이저 펄스를 사용하여 도우 리본에서 세포를 전송하고, 미크론 정밀도를 제공합니다.
Stereolithography 기반의 바이오 프린팅: 층별 바이오 싱층의 광합성, 과도한 건축에 이상적입니다.

각 기술은 해결책, 처리량 및 세포 겸용성에서 무역 떨어져, 그러나 모든 것은 fabricating 기능적인 조직의 overarching 목표에 공헌합니다.

혈관의 중요한 도전

자연적인 조직은 신진 대사 낭비를 제거하고 있는 동안 산소와 영양소를 전달하기 위하여 광대한 모세관 네트워크에 의존합니다. 설계한 조직에서는, 그런 네트워크의 부재는 대략 100-200 마이크로미터의 확산 한계에, 핵심에 있는 세포 죽게 지도합니다. 이 “조직 문제”는 열렬하게, 신진 대사 활성 조직의 창조를 임상 사용을 위해 건설했습니다.

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혈관질에 대한 주요 Bioprinting 기술

Sacrificial 생수

가장 성공적인 전략 중 하나는 ]사크리에이션 자료]를 사용하여 혈관 채널에 대한 임시 템플릿으로 인쇄됩니다. 건설이 교차 결합되고 안정화 된 후, 희생 잉크는 제거 (예 : 용해, 난방, 또는 효소 소화), perfusable 중공 튜브 뒤에 남겨두고 있습니다. 일반적으로 사용되는 자갈 inks는 플루오닉 F‐127, 신장, 간질 및 간질을 포함, 이산화 유리 섬유의 응용 프로그램에서이 응용 프로그램에서 응용 프로그램으로 생성되었습니다.

직접 동축 압출

동축 노즐은 코어 바이오 싱 (지속적인 endothelial cell)과 쉘 바이오 싱 (지원 매트릭스)의 동시 압출을 허용한다. 구성으로 인쇄 된 핵심 재료는 선택적으로 교차 결합되거나 제거 될 수 있으며, 배와 같은 채널이 내장 된 종단 세포로 형성됩니다. 이 기술은 물리 흐름율에 견딜 수있는 특허 마이크로 베셀을 산출합니다.

Multi-Nozzle 및 Microfluidic Bioprinting의 장점

여러 인쇄 헤드가 장착 된 현대 바이오 프린트는 단일 세션에서 다른 셀 유형과 재료를 입금 할 수 있습니다. 예를 들어, 한 노즐은 단호 세포와 부드러운 근육 세포로 혈관 네트워크를 인쇄하면서 발모로 대량 조직을 인쇄 할 수 있습니다. Microfluidic 인쇄 헤드는 바이오 싱크의 실시간 혼합을 가능하게하며, 성장 인자 또는 추가 셀룰러 매트릭스 구성 요소를 사용하여 선박 성숙을 안내합니다.

Situ Bioprinting에서

앉은 생식용 응용 분야의 경우, 앉은 생식용 증착 세포와 바이오 물질을 직접 결함 사이트에 결합합니다. 혈관 이미징과 결합할 때(CT angiography에서 예), 프린터는 임플란트 후 호스트 순환과 통합하는 환자별 관 템플릿을 놓을 수 있습니다. 이 접근법은 여전히 실험적이지만 재구성 수술을 위해 약속을 보유합니다.

혈관 구조용 재료 및 바이오 잉크

Bioink의 선택은 인쇄성 및 혈관 기능을 모두 달성하는 것이 중요합니다. 이상적인 바이오 inks는 세포의 생존력을 지원해야하며, 적절한 교차 결합을 허용하며 조직 재모델링과 일치하는 비율로 degrade를 허용합니다. 일반적인 바이오 ink 구성 요소는 다음과 같습니다.

Gelatin methacrylate (GelMA): endothelial cell 접착 및 proliferation를 지원하는 photocrosslinkable 젤라틴 유래물.
Alginate: ionically cross-linked polysaccharide that offers a rapid gelation and high printability, 종종 세포 호환성을 개선하기 위해 다른 재료와 혼합.
Hyaluronic acid: angiogenesis를 촉진하는 원시적외선 매트릭스 구성 요소와 수화 된 미생물을 만듭니다.
Fibrin: 자연적인 모체는 그것의 pro‐angiogenic 재산 때문에 관개 조직 모형에서 일반적으로 이용된 thrombin mediated 중합체화 후에 형성했습니다.
세포화 된 세포질 매트릭스 (dECM): 기본 조직에서 파생되는 dECM 바이오 inks는 선박 형성과 조직 별 차별화를 지원하는 바이오 화학적 cues를 유지합니다.

생분해성 세포는 인간적인 umbilical 정맥 내피 세포 (HUVECs)에서, 유도한 pluripotent 줄기 세포 derived 내피성 세포, 또는 microvascular 내피성 세포에서 온지도 모릅니다. 주변 세포 또는 mesenchymal 줄기 세포 같이 세포 유형을 지원하는 것은 수시로 비 향기로운 배를 안정시키고 성숙을 승진시키기 위하여 옵니다.

혈관질화 된 모델의 응용

약물 발견 및 독성학

vascularized 조직 모형은 전통적인 2D 문화 보다는 약제를 시험하기 위한 더 생리적인 관련 플랫폼을 제공합니다. 약은 표적 조직을 도달하기 위하여 endothelial 장벽을 교차해야 하고, perfusable 관 네트워크의 존재는 연구원이 역동적 환경에 있는 수송, 물질 대사 및 독성을 공부할 수 있습니다. 예를 들면, 통합 sinusoidal 같이 구조가 통합된 간 모형을 가진 생물은 약 유도한 간 상해를 전적으로 spheroid 문화 보다는 더 정확한 예측하기 위하여 이용됩니다.

질병 모델링

연구원은 환자의 효험 세포를 통합함으로써, 생물화한 혈관 생성은 질병 ‐ 특정한 페형을 재조정할 수 있습니다. 종양 미생물, 암세포, 내구 세포 및 면역 세포로 생명을 위협하고, 항 종양성 치료에 대한 반응을 연구하기 위해 종양 미생물, 내구 세포 및 면역 세포로 생명을 위협했습니다. 이와 마찬가지로, 당뇨병 치료의 혈관 모델은 연구원들이 임의의의 혈관 형성과 시험 pro-angiogenic 치료에 대한 효험을 조사할 수 있도록 허용합니다.

연구 및 개발

현재 제한 및 미래 방향

인상적인 진보에도 불구하고, 몇몇 장애물은 혈관 내화성 조직이 일상적인 임상 도구가되기 전에 극복되어야 합니다.

Resolution vs. scale: print capillaries (5–10 μm diameter) over 센티미터 규모의 construct가 어려운 남아 있다. 대부분의 현재 시스템은 50–500 μm lumens를 달성하고, 여전히 원뿔형 캐러멜보다 큰 크기로 주문한다.
Long-term 안정성: 생물 인쇄 용기는 효소 분해, 세포 수축, 또는 적당한 기계적인 cues의 부족 때문에 문화에 있는 주 후에 수시로 잃습니다.
주최적의 vasculature: 임플란트에, 인쇄된 네트워크는 환자의 순환을 통해 예측할 수 없는 프로세스를 달성해야 합니다.
표준화 및 규제 승인: 바이오 잉크 구성, 인쇄 매개 변수, 품질 관리는 널리 다르다, 임상 시험에 번역.

Emerging 솔루션에는 ]advanced photopolymerization Strategy]의 사용을 포함하되, sub‐10 μm resolution을 달성할 수 있는, angiogenic growth Factor]의 통합, 의 개발은 생물 공학]의 개발, endothelially 통제되는 gradients에서 endothelial cell을 허용하.

‐-a-chip 기술로 바이오 프린팅의 융합은 높은 ‐강력 검열을 위해 사용될 수 있는 전산화된 인간 조직 모형을 일으킬지도 모릅니다. 그 사이에, 생물 인쇄의 꿈은 완전히 기능, 조직을 통합하는 인간적인 조직을 완전하게 작용하는 더 이상 과학 소설이 아니고, 그러나 장기 목표는 전 세계 실험실에 의해 적극적으로 추구됩니다.