研究人員開發(fā)出3D生物打印血管

由副教授 Akhilesh Gaharwar 博士和助理教授 Abhishek Jain 博士共同領(lǐng)導(dǎo)的生物醫(yī)學(xué)工程系的一個團(tuán)隊設(shè)計了一個模擬血管健康和疾病狀態(tài)的 3D 生物打印模型，從而為以更好的精度實現(xiàn)可能的心血管藥物進(jìn)展的方法。

動脈瘤、外周動脈疾病和血管內(nèi)凝塊等血管疾病占全球死亡人數(shù)的 31%。盡管有這種臨床負(fù)擔(dān)，但心血管藥物的進(jìn)步在過去 20 年中已經(jīng)放緩。心血管治療開發(fā)的減少歸因于將可能的治療方法轉(zhuǎn)化為批準(zhǔn)的方法缺乏效率，特別是由于在體外進(jìn)行的研究與體內(nèi)進(jìn)行的研究之間存在差異。

該團(tuán)隊在德克薩斯 A&M 大學(xué)的研究旨在通過將 3D 生物打印導(dǎo)向血管醫(yī)學(xué)來重塑當(dāng)前的方法，以最大限度地減少這種差距并提高這些技術(shù)的可譯性。Gaharwar 是一位生物材料專家，開發(fā)了新型生物墨水，可提供前所未有的生物相容性和對打印血管所需機械性能的控制，而 Jain 的專長在于創(chuàng)建血管和血液疾病的體外仿生模型。這個跨學(xué)科的合作項目最近發(fā)表在Advanced Healthcare Materials雜志上。

3D 生物打印是一種先進(jìn)的制造技術(shù)，能夠以嵌入細(xì)胞的逐層方式生產(chǎn)獨特的組織形狀構(gòu)造，使這種排列更有可能反映血管結(jié)構(gòu)的天然多細(xì)胞構(gòu)成。引入了一系列水凝膠生物墨水來設(shè)計這些結(jié)構(gòu);然而，可以模擬天然組織血管組成的可用生物墨水存在局限性。當(dāng)前的生物墨水缺乏高可印刷性，無法將高密度的活細(xì)胞沉積到復(fù)雜的 3D 結(jié)構(gòu)中，從而降低了它們的效率。

為了克服這些缺點，Gaharwar 和 Jain 開發(fā)了一種新的納米工程生物墨水來打印 3D、解剖學(xué)上準(zhǔn)確的多細(xì)胞血管。他們的方法為宏觀結(jié)構(gòu)和組織級微觀結(jié)構(gòu)提供了改進(jìn)的實時分辨率，這是目前可用生物墨水無法實現(xiàn)的。

“這種納米工程生物墨水的一個非常獨特的特性是，無論細(xì)胞密度如何，它都表現(xiàn)出高可印刷性和保護(hù)封裝細(xì)胞免受生物打印過程中高剪切力的能力，”Gaharwar 說。“值得注意的是，3D 生物打印細(xì)胞保持健康的表型，并在制造后近一個月內(nèi)保持活力。”

利用這些獨特的特性，納米工程生物墨水被打印到 3D 圓柱形血管中，由內(nèi)皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞的活共培養(yǎng)物組成，這為研究人員提供了模擬血管功能和疾病影響的機會。

這種 3D 生物打印容器為了解血管疾病病理生理學(xué)和評估臨床前試驗中的治療方法、毒素或其他化學(xué)物質(zhì)提供了一種潛在工具。

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