Группа ученых из Израильского технологического института (Технион) с помощью 3D-печати сформировала сеть кровеносных сосудов, способных снабжать кровью имплантированную ткань.
Под руководством профессора Техниона Шуламита Левенберга исследователи напечатали на 3D-принтере лоскут ткани с сетью кровеносных сосудов, которая, как сообщается, впервые содержит функциональную комбинацию больших и малых кровеносных сосудов.
Разработка потенциально может удалить промежуточный этап первой трансплантации ткани в здоровую конечность пациента, чтобы она могла проникнуть в кровеносные сосуды тела, прежде чем трансплантировать её в пораженный участок. 3D-печать кровеносных сосудов также позволяет более индивидуально настраивать пациентов и может помочь снизить риск отторжения имплантата.
Сети кровеносных сосудов жизненно важны для транспортировки кислорода и питательных веществ к тканям и органам тела. Пересаженные ткани нуждаются в такой же опоре кровеносных сосудов, чтобы быть принятыми в организм и успешно функционировать.
При поддержке Европейского исследовательского совета (ERC) в рамках программы исследований и инноваций ЕС Horizon 2020 д-р Ариэль Алехандро Шкланни из лаборатории стволовых клеток и тканевой инженерии Левенберга в Технионе стремится создать иерархическую сеть кровеносных сосудов для трансплантированных тканей с использованием 3D-печати.
Он начал с 3D-печати полимерного каркаса, который имитировал размер и форму большого кровеносного сосуда. Каркас был напечатан в виде полой трубки с боковыми отверстиями, позволяющими прикрепить более мелкие кровеносные сосуды. В отличие от предыдущих исследований, в которых коллаген животных использовался для формирования каркасов, Шкланни использовал человеческий коллаген, созданный израильской фирмой по биопечати Collplant, который был получен из растений табака.
После создания каркаса ткань была напечатана на 3D-принтере и собрана вокруг неё с помощью других биочернил на основе коллагена, а внутри сформировалась сеть крошечных кровеносных сосудов. Затем каркас крупных кровеносных сосудов был покрыт эндотелиальными клетками, которые составляют внутренний слой кровеносных сосудов в организме.
Структуру инкубировали в течение одной недели, к этому времени большой каркас создал функциональные связи с меньшими сосудами с биопечатью в окружающей ткани, чтобы имитировать иерархическую структуру сети кровеносных сосудов человека.
Чтобы проверить функциональные возможности сети кровеносных сосудов, напечатанной на 3D-принтере, команда Техниона трансплантировала структуру ткани крысе, прикрепив её к бедренной артерии животного. Кровь могла успешно проходить через трансплантированную ткань через сеть кровеносных сосудов без утечек.
По словам команды Техниона, это исследование представляет собой «важный шаг» к персонализированным лекарствам и демонстрирует жизнеспособность 3D-биопечати. Эта технология позволяет напечатать на 3D-принтере большие кровеносные сосуды нужного размера и формы и собрать их вместе с тканью, которую необходимо имплантировать.
Примечательно, что возможность имплантировать ткань с собственной сетью кровеносных сосудов может устранить необходимость сначала имплантировать ткани в здоровую часть тела, чтобы они могли проникать в собственные кровеносные сосуды организма, прежде чем снова трансплантировать её в пораженную область. . Тот факт, что такая ткань может быть сформирована с использованием собственных клеток пациента, также может существенно снизить и даже исключить риск отторжения имплантата организмом.
В дальнейшем команда Техниона продолжит оценку масштабируемости и переводимости своего подхода, адаптируя напечатанные на 3D-принтере сети кровеносных сосудов для имплантации более крупным животным, например свиньям. Команда считает, что их метод может проложить новый путь к полностью выращенным в лаборатории тканям для конкретных пациентов, которые подходят для трансплантации.
Дополнительную информацию об исследовании можно найти в статье «Трехмерная биопечать инженерных тканевых лоскутов с иерархической сетью сосудов (VesselNet) для прямой перфузии от хозяина к имплантату», опубликованной в журнале Advanced Materials. Соавторами исследования являются А. Шкланни, М. Мачур, И. Реденски, В. Чохола, И. Гольдфрахт, Б. Каплан, М. Эпштейн, Х. Ямин, У. Мердлер, А. Файнберг, Д. Селиктар. , Н. Корин, Я. Ярош и С. Левенберг.
В прошлом методы аддитивного производства использовались для создания структур, имитирующих кровеносные сосуды, при этом исследователи стремились предоставить альтернативные методы разработки лекарств, отказавшись от испытаний на людях и животных.
Еще в 2018 году исследователи из CU Boulder разработали метод 3D-печати, в котором использовалось контролируемое ингибирование кислорода для имитации структуры и геометрии кровеносных сосудов. Целью исследования было создание микроструктур, которые можно было бы настроить для лечения заболеваний.
Примерно в то же время биоинженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали метод трехмерной биопечати для создания реалистичных моделей тканей органов, содержащих сети кровеносных сосудов. Сети смогли сохранить опухоль рака молочной железы живой вне тела, а также сформировать модель васкуляризованного кишечника человека.
Совсем недавно исследователи использовали модифицированную технику 3D-печати клеток для создания биомиметического кровеносного сосуда, который был успешно имплантирован живой крысе, а команда из Техасского университета A&M создала трехмерную биопечать очень реалистичную модель кровеносного сосуда, сделанную из новых наноинженерных гидрогелевых биочернил. Гидрогель точно имитирует естественную функцию сосудов и реакцию на заболевание реальных клеток крови и потенциально может проложить путь для разработки передовых лекарств для лечения сердечно-сосудистых заболеваний.