3-D bioprint teknik kunne skabe kunstige blodkar, organvæv

University of Colorado Boulders ingeniører har udviklet en 3-D printteknik, der giver mulighed for lokal kontrol af et objekts fasthed, åbne nye biomedicinske veje, der en dag kunne omfatte kunstige arterier og organvæv.

Studiet, som for nylig blev offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation , skitserer en lag-for-lag udskrivningsmetode med finkornet, programmerbar kontrol over stivhed, giver forskere mulighed for at efterligne den komplekse geometri af blodkar, der er meget strukturerede og alligevel skal forblive bøjelige.

Resultaterne kan en dag føre til bedre, mere personlige behandlinger til dem, der lider af hypertension og andre vaskulære sygdomme.

"Idéen var at tilføje uafhængige mekaniske egenskaber til 3-D strukturer, der kan efterligne kroppens naturlige væv, " sagde Xiaobo Yin, en lektor i CU Boulders afdeling for maskinteknik og seniorforfatter til undersøgelsen. "Denne teknologi giver os mulighed for at skabe mikrostrukturer, der kan tilpasses til sygdomsmodeller."

Hærdede blodkar er forbundet med hjerte-kar-sygdomme, men at udvikle en løsning til levedygtig arterie- og vævserstatning har historisk vist sig at være udfordrende.

For at overvinde disse forhindringer, forskerne fandt en unik måde at drage fordel af iltens rolle i at skabe den endelige form for en 3-D-printet struktur.

"Oxygen er normalt en dårlig ting, fordi det forårsager ufuldstændig hærdning, " sagde Yonghui Ding, en postdoc-forsker i maskinteknik og hovedforfatter på undersøgelsen. "Her, vi bruger et lag, der tillader en fast hastighed af iltgennemtrængning."

Ved at holde stram kontrol over iltmigrering og dens efterfølgende lyseksponering, Ding sagde, forskerne har friheden til at kontrollere, hvilke områder af et objekt, der størknes til at være hårdere eller blødere – alt imens den overordnede geometri bibeholdes.

"Dette er en dybtgående udvikling og et opmuntrende første skridt mod vores mål om at skabe strukturer, der fungerer som en sund celle skal fungere, " sagde Ding.

Som en demonstration, forskerne trykte tre versioner af en simpel struktur:en topbjælke understøttet af to stænger. Strukturerne var identiske i form, størrelse og materialer, men var blevet trykt med tre variationer i stangstivhed:blød/blød, hård/blød og hård/hård. De hårdere stænger understøttede den øverste bjælke, mens de blødere stænger tillod den at falde helt eller delvist sammen.

Forskerne gentog bedriften med en lille kinesisk krigerfigur, trykte det, så de ydre lag forblev hårde, mens det indre forblev blødt, efterlader krigeren med et hårdt ydre og et ømt hjerte, så at sige.

Printeren i bordpladestørrelse er i øjeblikket i stand til at arbejde med biomaterialer ned til en størrelse på 10 mikron, eller omkring en tiendedel af bredden af ​​et menneskehår. Forskerne er optimistiske om, at fremtidige undersøgelser vil hjælpe med at forbedre mulighederne yderligere.

"Udfordringen er at skabe en endnu finere skala for de kemiske reaktioner, " sagde Yin. "Men vi ser en enorm mulighed forude for denne teknologi og potentialet for fremstilling af kunstigt væv."