Аддитивные технологии

Исследователи из Стэнфорда разработали новый метод 3D-печати сложных сосудистых сетей

Исследователи из Стэнфордского университета создали вычислительную платформу, которая проектирует и 3D-печатает сложные сосудистые сети, необходимые для биопечати органов. Система, опубликованная в журнале Science 12 июня, генерирует проекты, напоминающие сосудистые структуры человека, в 200 раз быстрее, чем предыдущие методы. Это достижение решает ключевую проблему тканевой инженерии: обеспечение доступа кислорода и питательных веществ ко всем клеткам в искусственно выращенных органах.

Алгоритм создаёт сосудистые деревья, которые имитируют архитектуру кровеносных сосудов в естественных органах, а также включает в себя моделирование гидродинамики. «Возможность масштабирования биопечатных тканей в настоящее время ограничена способностью генерировать для них сосудистую сеть — вы не можете масштабировать эти ткани, не обеспечив их кровоснабжением», — сказала Элисон Марсден, профессор Стэнфордской школы инженерии и медицины и соавтор исследования. На создание сосудистой системы человеческого сердца с миллионом сосудов ушло около пяти часов.
Используя 3D-биопринтер, команда успешно напечатала сеть из 500 ответвлений и протестировала более простую версию с клетками эмбриональной почки человека. Исследователи создали толстое кольцо, заполненное клетками, и построили проходящую через него сеть из 25 сосудов, продемонстрировав, что напечатанные каналы могут поддерживать жизнеспособность клеток при подаче питательных веществ и кислорода.

Текущие напечатанные структуры представляют собой каналы, а не полноценные кровеносные сосуды с мышечными и эндотелиальными клетками. «Это первый шаг к созданию действительно сложных сосудистых сетей, — сказал Доминик Рютше, постдокторант и один из первых авторов. — Мы можем печатать их с невиданной ранее сложностью, но они ещё не являются полностью физиологичными сосудами».

Стэнфордская команда сделала своё программное обеспечение доступным через проект SimVascular с открытым исходным кодом. Сейчас исследователи работают над тем, чтобы объединить эту возможность печати сосудов с прогрессом в выращивании клеток сердца из человеческих стволовых клеток. «Мы успешно вырастили достаточное количество клеток сердца из человеческих стволовых клеток, чтобы напечатать всё человеческое сердце, и теперь мы можем спроектировать хорошее, сложное сосудистое дерево, чтобы обеспечить их питанием и жизнью», — сказал Марк Скайлар-Скотт, доцент кафедры биоинженерии и соавтор исследования.

Эта работа представляет собой прогресс в решении проблем более чем 100 000 человек, ожидающих трансплантации органов в США. Персонализированные органы, созданные с использованием собственных клеток пациента, потенциально могут сократить время ожидания и снизить риск отторжения, хотя до создания полностью функционирующих органов ещё далеко.

www.tgoop.com/additiv_tech/669

167 viewsJun 21 at 07:05

Исследователи из Стэнфорда разработали новый метод 3D-печати сложных сосудистых сетей

Исследователи из Стэнфордского университета создали вычислительную платформу, которая проектирует и 3D-печатает сложные сосудистые сети, необходимые для биопечати органов. Система, опубликованная в журнале Science 12 июня, генерирует проекты, напоминающие сосудистые структуры человека, в 200 раз быстрее, чем предыдущие методы. Это достижение решает ключевую проблему тканевой инженерии: обеспечение доступа кислорода и питательных веществ ко всем клеткам в искусственно выращенных органах.

Алгоритм создаёт сосудистые деревья, которые имитируют архитектуру кровеносных сосудов в естественных органах, а также включает в себя моделирование гидродинамики. «Возможность масштабирования биопечатных тканей в настоящее время ограничена способностью генерировать для них сосудистую сеть — вы не можете масштабировать эти ткани, не обеспечив их кровоснабжением», — сказала Элисон Марсден, профессор Стэнфордской школы инженерии и медицины и соавтор исследования. На создание сосудистой системы человеческого сердца с миллионом сосудов ушло около пяти часов.
Используя 3D-биопринтер, команда успешно напечатала сеть из 500 ответвлений и протестировала более простую версию с клетками эмбриональной почки человека. Исследователи создали толстое кольцо, заполненное клетками, и построили проходящую через него сеть из 25 сосудов, продемонстрировав, что напечатанные каналы могут поддерживать жизнеспособность клеток при подаче питательных веществ и кислорода.

Текущие напечатанные структуры представляют собой каналы, а не полноценные кровеносные сосуды с мышечными и эндотелиальными клетками. «Это первый шаг к созданию действительно сложных сосудистых сетей, — сказал Доминик Рютше, постдокторант и один из первых авторов. — Мы можем печатать их с невиданной ранее сложностью, но они ещё не являются полностью физиологичными сосудами».

Стэнфордская команда сделала своё программное обеспечение доступным через проект SimVascular с открытым исходным кодом. Сейчас исследователи работают над тем, чтобы объединить эту возможность печати сосудов с прогрессом в выращивании клеток сердца из человеческих стволовых клеток. «Мы успешно вырастили достаточное количество клеток сердца из человеческих стволовых клеток, чтобы напечатать всё человеческое сердце, и теперь мы можем спроектировать хорошее, сложное сосудистое дерево, чтобы обеспечить их питанием и жизнью», — сказал Марк Скайлар-Скотт, доцент кафедры биоинженерии и соавтор исследования.

Эта работа представляет собой прогресс в решении проблем более чем 100 000 человек, ожидающих трансплантации органов в США. Персонализированные органы, созданные с использованием собственных клеток пациента, потенциально могут сократить время ожидания и снизить риск отторжения, хотя до создания полностью функционирующих органов ещё далеко.

BY Аддитивные технологии