Từ Scaffolds đến Perfud Trags: Sự khác biệt của kênh sinh học in ấn

Sinh học in đã vượt qua những giàn giáo đơn giản, hệ thống dẫn khí hậu tế bào để tạo ra những mô hình phức tạp, phức tạp và nhiều tế bào có thể kết hợp lại các khía cạnh quan trọng của sinh lý học con người. đột phá chính là sự kết hợp giữa các kênh mạch sinh học in-các tế bào, các ống dẫn được thiết kế để cung cấp chất dinh dưỡng, oxy, và tín hiệu các phân tử trong suốt khối mô. mà không có các kênh, các cấu trúc dày bị tổn thương và không bắt chước môi trường động lực của cơ bản địa. bài này khám phá các nguyên tắc, các nguyên tắc, các ứng dụng, và hướng dẫn trong tương lai của các kênh sinh học trong cơ quan hệ thống sinh thái học.

Các cơ bản của mạng lưới mạch sinh học in

Hướng về kênh rộng rãi

Một kênh mạch sinh học là một kênh chứa thủy tinh hay một cấu trúc ống dẫn được cấu tạo theo lớp bằng máy in sinh học 3D. Những kênh này thường có các tế bào trong các tế bào trong màng bụng và trong một mạng lưới thủy ngân hỗ trợ (ECM) có thể chứa các tế bào cao và hiệu lực văn hóa lâu dài.

Kỹ thuật in ấn để tạo mạch

Một số phương pháp in sinh học được sử dụng để tạo ra các kênh mạch:

  • Việc cấu trúc sinh học dựa trên cơ sở: lời khai liên tục của sợi dây sinh học qua một cái vòi. Phương pháp này cho phép cấu trúc dày, đa máy tạo và thích hợp cho các kênh lớn hơn. Mũi than có thể tạo ra các sợi rỗng chỉ trong một bước.
  • Bản in sinh học dựa trên máy in dựa trên máy in (inkjet): giọt nhỏ của mực sinh học được đặt với độ phân giải cao. có ích cho việc gửi tế bào và ma trận theo các mẫu chính xác, nhưng giới hạn trong chiều cao kênh và tính toàn vẹn của cơ học.
  • Tuỳ theo dấu sinh học (LAB): ) Một xung laser chuyển đổi sinh học từ một dải phân cấp cho một hệ thống phụ. Cung cấp độ bền vững và độ phân giải cao tế bào, thường được dùng cho mạng mạch nhỏ, có tính chất tự do cao.
  • Chương trình này dựa trên định dạng cơ bản (SLA/DLP): ) Các hydrogel có thể dùng ánh sáng làm vững chắc lớp ảnh. Tốt nhất cho các kênh địa lý phức tạp, độ phân giải cao, nhưng yêu cầu các máy tạo quang ảnh có thể ảnh hưởng đến sự sống còn của tế bào.

Các thiết bị tạo mạch sinh học

Sự thành công của một kênh in ra sinh học phụ thuộc rất nhiều vào chất độc sinh học.

  • : Một đa thức tảo biển có chất gel hóa chất canxi.
  • Gelatin methacryloyl (GelMA): ) Một bản ảnh có thể liên kết với nhau để giữ lại đạo hàm motif tế bào. Thường được dùng cho kênh nội soi.
  • Fibrin:) Một protein tự nhiên liên quan đến máu đông, nó khuyến khích sự tạo mạch và sự thụ tinh hóa nhưng giảm thiểu nhanh chóng.
  • Chất a-xít hyyluronic (HA) dẫn xuất: ) cung cấp một môi trường có nước, dễ dãi cho các tế bào hậu môn. thường kết hợp với keo dán hoặc GelMA.
  • Điện não đồ phân hủy [dECM): chất lỏng sinh học đặc trưng bảo tồn các tín hiệu hóa sinh bản xứ. Đối với kênh mạch, DECM từ tim hay mạch máu, cung cấp các vi mô liên quan nhất.

Những tiến bộ gần đây kết hợp nhiều vật liệu: một lõi tế lễ (v.g., Pluronic F127, alginate) được gỡ bỏ sau khi in để lại một kênh Lumen, bao quanh bởi một vỏ tế bào-la dát tạo thành thành thành tường tàu. [FLT: 0] Một nghiên cứu trong vật liệu sinh học chứng minh việc sử dụng các chất giải phẫu để in trực tiếp các kênh mạch máu có thể được kết hợp trực tiếp với các tế bào ruột kết hợp với nhau trong lớp dầu [FLT: 1).

Thiết kế tính dung tích phức tạp cho mô hình cơ quan đa kênh

Phân nhánh và động lực lưỡng

Mạng mạch nội địa phải sao chép các nhánh này để đạt được sự hòa hợp. Mô phỏng động mạch lớn thành động mạch nhỏ hơn và tiểu mạch, rồi than đá thành tĩnh mạch tĩnh mạch và tĩnh mạch. Mô hình sinh học phải sao chép các nhánh này để tạo ra sự hòa tan. Mô phỏng động lực học điện tử (CFD) được dùng để thiết kế các kênh địa trung gian để giảm thiểu trọng lượng sợi tơ và các vùng phụ thuộc. [FT: 0] Công việc lưu thông thường ở phòng thí nghiệm trên Chip mô tả sử dụng hệ thống sinh học để phân hủy một mạng vi sinh học để tạo ra các vi sinh vật liệu để vận chuyển oxy trong cơ thể. [FT]

Hàm dao động và rào cản

Các tế bào ruột phản ứng với sự căng thẳng bằng cách sắp xếp và nâng cấp protein liên kết nhưVE-cdherin và ZO-1. Nhiều nhóm trước khi kết nối tế bào bằng cách ngưng hoạt động của tế bào, rồi áp dụng dòng chảy năng động để tăng cường sự kết nối.

Hợp nhất với các tế bào đốt

Sức mạnh thật sự của các kênh mạch sinh học được phát sinh khi chúng nằm trong một mô hình cơ quan đa tế bào. Đối với mô hình gan, hồng cầu, tế bào hình thang, tế bào âm, và tế bào Kopffer được phân phối trong không gian phụ, trong khi tế bào nội tiết chứa các kênh. Sự gần gũi với hệ tuần hoàn cho phép các tế bào cơ thể duy trì hoạt động trao đổi chất trong nhiều tuần.

Những ứng dụng trong việc mô hình bệnh tật và thử nghiệm ma túy

Bệnh xơ cứng bì và siêu áp

Các kênh điện tử có thể được thiết kế để mô phỏng điều kiện bệnh lý. Bằng cách thay đổi cấu trúc sinh học, sự cứng lên tường, hay động lực lưu động, các nhà nghiên cứu tạo ra các mạch chủ hoặc các mạch máu tăng huyết áp. các mạch thần kinh rối loạn, môi miệng và tế bào miễn dịch tích tụ có thể được nghiên cứu theo một cách kiểm soát. Những mô hình này cho phép thay thế các nghiên cứu về sự hình thành mảng bám và bệnh biến đổi.

Mô hình vi mô ung thư

Các kênh mạch sinh học cho phép các nhà khoa học sử dụng tế bào khối u đồng tạo thành tế bào, các tế bào thần kinh sợi và các tế bào trong cấu trúc 3D thực tế. Các phân tử này cho thấy các chất chuyển đổi oxy và dinh dưỡng, mô phỏng trong khối u vi mô. Các mô hình này được dùng để chống tạo mạch và nghiên cứu các chất gây dị ứng biến thái. [FT: 0] 2019 trong vật liệu cấp cao mô tả một khối u in bằng vi mô u cơ thể bằng các kênh vi mô.

Thuốc độc và chất Pha - ra - ôn

Dự đoán độc tố do thuốc gây ra mạch máu là một thách thức lớn trong quá trình phát triển dược phẩm. Mô hình cơ quan sinh học in mạch cho phép giám sát sự toàn vẹn của rào cản trong thời gian thực, sự hấp thụ và tế bào chết khi tiếp xúc với hợp chất. Mô hình đa cơ quan (v.g.g., gan-gney) kết nối bởi mạng mạch máu chung có thể thu hồi sự trao đổi chất và phân phối thuốc của hệ thống, giảm sự phụ thuộc vào các loài động vật.

Những thử thách trong việc dịch thuật sinh học trong các lỗ hổng sinh học thành thực tế

Khả năng xác định và khả năng sản xuất

Trong khi việc cấu trúc quy mô phòng thí nghiệm có thể làm được, sản xuất ra những tập có liên quan lâm sàng và nhiều vật liệu in có thể giúp đỡ, nhưng tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng cho việc xây dựng mạch máu in vẫn còn đang tiến triển.

Name

Các kênh in phải được mở và hoạt động trong nhiều tuần, không được tách rời. Thrombosis, intital hyperpsia, và sự thoái hóa ma trận có thể gây ra sự thỏa hiệp. Các kênh chống đông máu (v. d., phát hành một cách êm ái các sản phẩm y khoa [FL1], cần thiết thiết thiết cho sự kiểm tra tính bền vững và tính bền vững của cơ học.

Nhiễm trùng tế bào và viêm nhiễm

Tế bào nội tạng của con người bị hạn chế và mất đi các tính chất đặc trưng của cơ quan. Tế bào gốc đa bào được xác định (iPSC) cung cấp một nguồn cung cấp rất nhiều nguồn gốc nhưng có thể không hoàn toàn bắt lại được các tính chất đặc trưng của cơ quan. Hơn nữa, tạo ra một mô hình cơ quan đa tế bào đòi hỏi nhiều loại tế bào cần phải in hoặc gieo với độ chính xác cao. Sự tiến bộ trong các hồ sơ sinh học đặc trưng cho tế bào và chiến lược in nhỏ đang giải quyết thử thách này.

Hướng tương lai: Hướng tới các tổ chức có khả năng thay đổi hàm

Tính toán sinh học và dao động 4D

Biên giới kế tiếp bao gồm các thay đổi thời gian: các mạch co co lại, giãn ra, hoặc tái tạo lại để kích thích. Việc in sinh học 4D sử dụng vật liệu thông minh (v. d., hình mô phỏng, thủy phân nhiệt độ) để tạo các kênh thay đổi hình học theo thời gian. Điều này có thể dẫn đến việc xây dựng các tính chất tự cải thiện hoặc khả năng kết hợp với vật chủ sau khi cấy ghép.

Hợp nhất với vi lỏng và ORgan-on-a-Chip

Các kênh mạch sinh học được in tự nhiên thích hợp với các cơ quan nội tạng trên một chip. Bằng cách cấy ghép các bộ phận cảm biến (xy, PH, đầu vào điện), các nhà nghiên cứu có thể theo dõi sức khỏe mô trong thời gian thực. Các hệ thống kết nối phụ thuộc vào nhu cầu trao đổi chất đang được phát triển. Các hệ thống này có thể phục vụ như là nền tảng kiểm tra thuốc "sống" hoặc thậm chí là các cơ quan sinh học tạm thời cho việc cấy ghép.

Đường hầm dẫn đến sự kiểm soát và kiểm soát

Khi mô hình cơ quan sinh học in trong cơ thể tiến triển về mặt lâm sàng, xem xét các vấn đề về đạo đức xung quanh việc cung cấp tế bào, các mô hình đặc trưng cho bệnh nhân và sự tiếp cận công bằng. cơ thể cân bằng đang làm việc để phân loại những cấu trúc này như thiết bị, sinh học, hoặc kết hợp các sản phẩm.

Kết luận

Các kênh mạch sinh học đã biến đổi các cơ quan đa bào từ các cấu trúc tĩnh, mỏng thành các mô có thể hoạt động, có thể làm bền vững các tế bào phức tạp trong khi thách thức vẫn còn trong khả năng sinh học, ổn định lâu dài, và dịch thuật lâm sàng, tốc độ nhanh chóng của sự đổi mới trong sinh học, công nghệ in, và thiết kế máy tính hứa hẹn một tương lai nơi mà các mô hình cơ quan kiên nhẫn, cơ quan đặc biệt sẽ trở thành công cụ thường xuyên trong y học và có khả năng nền tảng để tạo ra các liệu pháp tái tạo để giải quyết vấn đề thiếu hụt của các cơ quan hiến tặng.