Новый метод 3D-печати использует лёд для создания шаблона искусственных кровеносных сосудов в тканях
Более 100 000 человек в США нуждаются в трансплантации органов. Спрос на сердца, почки и печень намного превышает предложение, и ожидание донорского органа может длиться годами. Ежегодно около 6000 американцев умирают, не дождавшись пересадки.
Тканевая инженерия, создающая лабораторные органы и ткани, призвана сократить этот разрыв. Однако ключевой проблемой остаётся создание в искусственных органах сосудистых сетей, работающих как естественные — от крошечных капилляров до крупных артерий. Традиционные дизайны часто не воспроизводят нужную для правильной работы в организме природную структуру.
Новое исследование демонстрирует возможность использования 3D-печати льдом для создания структур, напоминающих кровеносные сосуды. Феймо Ян, аспирант из лабораторий Филипа ЛеДюка и Бурака Оздоганлара в Университете Карнеги-Меллон, представил эту работу на 68-й ежегодной встрече Биофизического общества (10–14 февраля 2024 г., Филадельфия, Пенсильвания).
3D-печать льдом обычно включает подачу струи воды на очень холодную поверхность. «Наш метод отличается от других видов 3D-печати тем, что мы не даём воде полностью замёрзнуть в процессе печати, а позволяем ей сохранять жидкую фазу на поверхности. Этот непрерывный процесс, который мы называем свободным формованием, помогает получить очень гладкую структуру. У нас нет эффекта слоистости, типичного для большинства видов 3D-печати», — пояснил Ян.
Исследователи также использовали тяжёлую воду (D2O), в которой атомы водорода заменены на дейтерий. Она имеет более высокую температуру замерзания, что помогает создавать гладкую структуру.
Эти напечатанные на 3D-принтере ледяные шаблоны затем помещают в материал на основе желатина — GelMA. При воздействии УФ-света желатин затвердевает, а лёд тает, оставляя после себя реалистичные каналы кровеносных сосудов.
Исследователи успешно показали, что могут вводить эндотелиальные клетки (как в кровеносных сосудах) в созданные сосуды. Клетки выживали на желатине до двух недель. (В будущем они планируют культивировать эти клетки дольше.)
Помимо потенциального использования для трансплантации органов, 3D-печатные сосуды могут применяться для тестирования воздействия лекарств на кровеносные сосуды. Их также можно покрыть собственными клетками пациента, чтобы увидеть реакцию клеток на лечение до его применения.