Вступ: Вимірювання судинних тканин Біопринту

Біопринтування має трансформовану тканину інженерно шляхом забезпечення виготовлення тривимірних конструкцій, які тісно реплікують архітектуру та функцію рідних тканин людини. Однак без функціональної судинної мережі — капілярів, артерій, венолій — жирових тканин залишаються обмеженими тонкими, аваскулярними шарами, які швидко присмоктуються до гіпоксії та некрозу. Можливість біопринту судинованих тканинних моделей стала критичним вертикалом, розблокуючи нові можливості в розробці препарату, моделювання захворювання та, в кінцевому підсумку, регенерація органів. Ця стаття досліджує сучасний стан біопринтування для створення судинозованих тканин, технічні перешкоди долають, і перспективними технологіями.

Що таке Біопринтінг?

Біопринтінг – це процес виробництва, який відображає живі клітини, біоматеріали та фактори росту у точних просторових композиціях для побудови тканинно-подібних структур. На відміну від звичайного 3D-друку, який використовує пластмаси або метали, біопринтування використовує біовінки]—візуси рецептури, що містять в'язкі клітини, що підлягають гідрогелеві, позаклітинні компоненти матриці або інші біосумісні матеріали. Принтер може виводити, струменя, або лазерно-перетворювний шар цими біоінтоками, що дозволяють дослідникам створювати складні форми з клітинними дезами, що підходять до природних тканин.

Деякі біопринти існують:

  • Екструзійні біопринти]: безперервна розкладання ниток, придатна для високої щільності клітин і великих конструкцій.
  • Біопринтер : скидання, що дозволяє високу роздільну здатність, але менша в'язкість клітинок протягом тривалого друку часу.
  • Лазер-асистований біопринтер: використовує лазерні імпульси для передачі клітин з донорної стрічки, пропонуючи мікрон точність.
  • На основі біопринту на основі стереолітографії : фотополімеризація шару біоінкальмарів за шаром, ідеально підходить для складових архітектурних архітектурних архітектурних споруд.

Кожна технологія має торгові марки в роздільній здатності, пропускній здатності та сумісності клітин, але все сприяє перезагарнюванню мети тканинних функціональних тканин.

Критичний виклик судинизації

Натуральні тканини спираються на велику капілярну мережу, щоб забезпечити кисневих і поживних речовин при видаленні метаболічних відходів. У інженерних тканинах відсутність такої мережі призводить до дифузійного ліміту приблизно на 100–200 мікрометрів, які, завдяки чому клітини в серцевій гині. Ця «загальна проблема» історично перешкоджала створенню товстих, метаболічно активних тканинних конструкцій для клінічного застосування.

Ранні спроби за допомогою діагностування скафалів включають в себе кінотеліальні клітини на попередньо сформовані канали або індукують ангіогенез через реліз фактора росту. Однак ці методи часто виробляють нерегулярні, слабо завищені мережі. Біопринтування пропонує більш контрольований підхід: він може безпосередньо з малюнком ендотеліальні клітини і допоміжні клітини (наприклад, периксити, гладкі м'язові клітини) в заздалегідь визначені геометереї, створюючи ієрархічні судинні дерева, які імітують природні гілочки.

Ключові методи біопринтування для судинизації

Сакцинальні біомоніки

Одним з найбільш успішних стратегій використовується засобисті матеріали, які друкуються як тимчасовий шаблон для судинних каналів. Після побудови переспрямовується і стабілізується, видаляються сакруїальний чорнило (наприклад, шляхом розчинення, нагрівання або ферментативного травлення), залишаючи за проникними порожнистими порожнистими трубами. Зазвичай використовуються сакруальні фарби включають Pluronic F‐127, желатин і вуглеводне скло. Цей метод був зайнятий для створення патентних судин в серцевих, печінці, ниркових тканинах.

Пряма коаксіальна екструзія

Коаксіальні сопли дозволяють одночасному екструзії серцевого біоінженка (зберігаючи ендотеліальні клітини) і біоінкальку (підтримуюча матриця). Як конструктивна друкована, основний матеріал можна вибрати послідовно перев'язувати або видалити, генеруючи судноподібний канал, викреслений ендотеліальні клітини з зовнішньої частини. Ця методика випускає патентні мікродобрива, які можуть витримати фізіологічні витрати.

Multi‐Nozzle і мікрофлюїдні біопринти

Сучасні біопринтери, оснащені декількома головками друку, можуть внести різні типи клітин і матеріали в одному сеансі. Наприклад, одна насадка може друкувати об'ємну тканину з гепатоцитами, в той час як інший друкує судинну мережу з ендотеліальними клітинами і гладкими м'язовими клітинами. Мікрофлюїдні головки друку додатково дозволяють в режимі реального часу змішування біотоків, створення градієнтів факторів росту або додатковихклітинних матричних компонентів, які дозрівають судини.

У Ситу Біопринтері

Для регенеративних додатків, в клітинках та біоматеріалах situ біопринтування та біоматеріалів безпосередньо в сайт дефекту. При поєднанні з судинною візуалізацією (наприклад, з ангіографії КТ), принтер може укладати пацієнто-специфічний судинний шаблон, який інтегрується з кровообігом після імплантації. Такий підхід є ще експериментальним, але має обіцянку реконструктивної хірургії.

Матеріали та біоinkи для Васкулярних будівель

Вибір біоіндикту є важливим для досягнення як графічної, так і судинної функції. Ідеальні біоінтоки повинні підтримувати клітинну життєздатність, що дозволяють адекватно переспрямовувати, і деградувати за швидкістю, яка відповідає ремоделювання тканин. Загальні компоненти біоіндикту включають:

  • Gelatin methacrylate (GelMA)]: фотоперекладна дериватина гелатин, яка підтримує адгезивну клітину та проліферацію.
  • Alginate: іонічно переплетені полісахариди, які пропонують швидке гелеологічне та високу принтованість, часто змішування з іншими матеріалами для поліпшення сумісності клітин.
  • Hyaluronic кислота]: рідний екстраклітинний матричний компонент, який сприяє ангіогенезу і створює зволожений мікросередовище.
  • : натуральна матриця, утворена після тромбохімічної полімеризації, зазвичай використовується в судинозбірних тканинах через про‐ангіогенні властивості.
  • Децелярізована екстраклітинна матриця (DECM)]: отримана з натуральних тканин, біоinks dECM зберігає біохімічні кулі, які підтримують утворення судин та різне різноманіття тканин.

Ендотеліальні клітини, що використовуються в біоinks, можуть приходити з лупильних вен ендотеліальних клітин людини (HUVECs), індукованих плазмотентових стовбурових клітин, що використовуються в біоinks, або мікросудинних ендотеліальних клітинах. Підтримуючи типи клітин, таких як перикотитети або мезенхімальні стовбурові клітини часто співупомічаються для стабілізації судин і сприяють дозріванню.

Застосування судинних біопринтованих моделей

Лікарські засоби для виявлення та токсикології

Вазикулярні моделі тканини забезпечують більш фізіологічно відповідну платформу для тестування фармацевтичних препаратів, ніж традиційні 2D культури. Препарати повинні перехрести ендотеліальний бар’єр, щоб досягти цільових тканин, а наявність проникної судинної мережі дозволяє дослідникам вивчати транспортний, обмін речовин і токсичність в динамічному середовищі. Наприклад, біопринтовані моделі печінки з інтегрованими синусоїдними структурами, які були використані для прогнозування медикаментозно-індукованої травми печінки більш точно, ніж статичні сферої культури.

Моделювання захворювання

За допомогою неправильних клітин пацієнта, біопринтованих судинних конструктивів, можуть реапцитувати захворювання специфічними фенотипом. Мікросереди пухлини пухлини, наприклад, були біопринтовані раковими клітинами, ендотеліальні клітини та імунні клітини для вивчення ангіогенезу, метастази та реагування на антиангіогенні терапії. Аналогічно, судиновані моделі діабезичної рани, що дозволяють дослідникам вивчити порушення утворення судин і тестувати про‐ангіогенні лікування.

Регенеративна медицина

Важкий амбіція полягає в виготовленні імплантованих, судинних тканин і органів. Біомарковані судинні щеплення, замінники шкіри, і патчі міокарда були протестовані в передклінікових моделях тварин. Наприклад, біопринтовані серцеві патчі, що містять проникну мережу коронарних судин, покращують виживання і функцію при імплантуванні в інфарктовані серця щурів. Виклики залишаються в шкірі, що пропускаються до органів людини, але прогрес є швидким.

Поточні обмеження та перспективи

Незважаючи на вражаючі досягнення, кілька перешкод повинні бути подолані перед судинізованими біопринтованими тканинами стають рутальні клінічні інструменти:

  • Результати проти масштабу: друк капілярів (5–10 мкм діаметром) над сантиметром-розміром конструкції залишається важко. Більшість поточних систем досягають 50-500 мкм люменів, які ще є наказами величини більшого, ніж рідні капіляри.
  • Long‐term стабільності: біопринтовані судини часто втрачають цілісність після тижнів в культурі через ферментативну деградацію, скорочення клітин або відсутність належних механічних ліктів.
  • Інтеграція з вазулом : при імплантації друкована мережа повинна аастомозувати кровообіг пацієнта для досягнення швидкого переливання. Процес, який непередбачається і часто неповний.
  • Стандартизація та нормативне затвердження]: Біоінженер, параметри друку та контроль якості, широко різне, переклад з використанням клінічних випробувань.

Вдосконалюючі рішення включають використання , доповнених стратегіями фотополімеризації, які можуть досягати роздільної здатності до суб‐10 мкм, неправильне ангіогенних факторів росту] в просторово керованих градієнтах, а розвиток self‐organization біоinks, що дозволяють ендотеліальні клітини для формування капілярно-подібних мереж, спонтанно після друку. Машинне навчання також застосовується для оптимізації шаблонів друку та прогнозування дозрівання судин.

Вже попереду, з’являються труднощі біопринтингу з технологією орган‐‐on‐a‐chip, можуть випускати мініатуровані судинні моделі тканин людини, які можуть використовуватися для проведення випереджання. Тим часом мрія про біопринтування повністю функціонального, трансплантованого людського органу — неповний з ієрархічним васкулом — не більше наукова фантастика, але довгострокова мета активно спрямований на лабораторії по всьому світу.

Висновок

Уміння створювати судинозбірні тканини за допомогою біопринтингу є парадигмом перемикання в тканинній техніці. Переміщення за межі простих аваскулярних конструкцій, дослідники можуть зараз будувати тканини, які виживають, функціонують і поводити більше як рідні органи. Від тестування препарату до регенеративних імплантатів, застосування є величезними. Продовження інновацій в біоінженерії, пластівці, а перфузійна культура буде важливим для реалізації повного потенціалу цієї трансформативної технології. Як поле зрілий, судиновані тканини біопринту, безсумнівно, стануть кутовим каміньом як біомедичних досліджень і клінічної терапії.

Далі читання