Малки скулптури с „леден печат“ могат да помогнат на учените да конструират кръвоносни съдове

Учените работят за изграждането на кръвоносни съдове от човешки клетки, използвайки малки ледени скулптури – тези студени 3D форми се извиват и разклоняват като истински артерии и могат да се използват като временни скелета, които по-късно се стопяват, за да бъдат заменени от живи клетки.

Изследователите демонстрираха първата стъпка от този процес на изграждане на кръвоносни съдове в скорошно проучване, като създадоха скелетата с помощта на 3D техника за „печат на лед“. След това скелетата бяха покрити с гел, който беше вграден с човешки клетки, които екипът отгледа за около две седмици.

Техниката за отпечатване на лед може един ден да се използва за създаване на реалистични, лабораторно отгледани кръвоносни съдове от човешки клетки, които улавят „сложните геометрии“ на реални съдови мрежи в тялото, изследовател на изследването Феймо Янгдокторант по машинно инженерство в университета Карнеги Мелън, каза пред Live Science.

„В момента това е по-скоро доказателство за концепцията“, каза Янг, но с развитието тази техника може да бъде полезна за изработване на кръвоносни съдове, които могат да бъдат трансплантирани на човек, когато се нуждае от ремонт, подмяна или байпас на артерия или вена.

Свързани: 3D отпечатаната човешка мозъчна тъкан работи като истинска

В момента лекарите събират кръвоносни съдове за трансплантация от друго място в тялото на пациента или от донор. За някои процедури клиницистите могат използвайте изкуствени кръвоносни съдове изработени от синтетични полимери; естествени материали, като протеини; или комбинация от двете. Въпреки това, тези изкуствени кръвоносни съдове не копират перфектно истинските и могат да се повредят, отчасти защото не са живи.

Това е мястото, където печатът на лед може да осигури предимство; може да помогне на учените да създадат по-реалистични структури от истински човешки клетки.

Отпечатването на лед в малки мащаби също може да бъде полезно за изработване на т.нар устройства орган върху чип, добави Янг. Такива устройства използват течности, които протичат през много малки канали, за да поддържат растежа на клетките, и действат като миниатюрни модели на органи в човешкото тяло.

Новата работа на екипа – която Янг ​​ще представи на 68-ата годишна среща на Биофизичното общество, която се провежда от 10 до 14 февруари във Филаделфия – е изградена на основата на техника за печат, наречена 3D-ICE, описана за първи път в статия от 2022 г. в списанието Разширена наука.

Принтерът използва вода като свое „мастило“ и работи, като капе капки вода върху студена медна повърхност, която се поддържа при минус 31 градуса по Фаренхайт (минус 35 градуса по Целзий). Когато водна капка удари повърхността, тя бързо замръзва и всяка следваща капка добавя към нарастващата ледена скулптура.

Принтерът бълва около 200 капки вода в секунда, каза Янг. Тази скорост е достатъчно бавна, за да позволи на една водна капка да започне да замръзва, преди да удари следващата, но достатъчно бързо, че капките все още да замръзват заедно в гладка структура, вместо да създават определени слоеве. Ако капките паднаха също бързо, една течна водна капка ще се слее в следващата и ще се разпространи, преди да замръзне, обясни Янг.

Самите капки са с диаметър около 50 микрометра, така че получените структури могат да бъдат направени с детайли на микронно ниво. И техниката на печат е бърза. Скулптурите, направени от екипа, са с височина около 0,1 инча (3 милиметра) и диаметър 0,008 инча (0,2 мм) и „отнема около 20 секунди“ за отпечатване, каза Янг.

Свързани: „Орган върху чип“ показва как матката принуждава ембриона да се имплантира в ранна бременност

Има и други техники за отпечатване на лед, които изграждат малки скулптури слой по слой или том по том, но те не са добри за създаване на гладки повърхности. 3D-ICE, напротив, може да създава гладки, свободно течащи форми, по-близки до това, което човек вижда в човешката кръвоносна система.

След като създадоха малка скулптура със своя принтер за лед, Янг и колегите му покриха структурата с материал на базата на желатин. Тъй като техният принтер използва специално „тежка вода“ – в която водородните атоми са заменени с деутерий – ледът остава замръзнал при температури над нулата. Това означаваше, че изследователите могат да работят при температури, при които техният гел остава ковък, докато ледът остава замръзнал.

Използвайки ултравиолетова светлина, те разтопиха леда и втвърдиха гела, оставяйки гладки канали, които много приличат на кръвоносни съдове. След това екипът добави клетки, които покриват кръвоносните съдове, наречени ендотелни клетки, към гела и показа, че могат да отглеждат клетките в продължение на две седмици. В бъдеще те ще експериментират с отглеждането на клетките за по-дълго време.

Въпреки че ще мине известно време, преди 3D-ICE да може да се използва за изработка на кръвоносни съдове, предназначени за тялото на човешки пациент, „да се надяваме, че ще можем да разширим използването на тази технология“, каза Янг.

Някога се чудите защо някои хора изграждат мускули по-лесно от други или защо луничките излизат на слънце? Изпратете ни вашите въпроси за това как функционира човешкото тяло community@livescience.com с тема „Health Desk Q“ и може да видите отговор на въпроса си на уебсайта!