研究

Technion研究人员3D打印血管网络用于组织植入

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一组来自以色列理工学院Technion公司已经使用3D打印技术形成了一个血管网络,能够为植入组织提供血液。

在Technion教授Shulamit Levenberg的带领下,研究人员3D打印了一个带有血管网络的组织瓣,据报道这是第一次包含大小血管的功能组合。

这一发展可能会消除中间步骤,即首先将组织移植到患者的健康肢体,使其在移植到受影响区域之前能够被人体血管渗透。血管的3D打印还可以为患者提供更大的定制,并有助于降低植入物排斥的风险。

3D打印血管网络

血管网络对于向身体组织和器官输送氧气和营养至关重要。移植的组织需要同样的血管支持才能被接受进入身体并成功发挥功能。

支持的欧洲研究委员会在欧盟“地平线2020研究和创新计划”下,Technion Levenberg干细胞和组织工程实验室的Ariel Alejandro Szklanny博士试图利用3D打印技术为移植组织创建一个分级血管网络。

他首先3D打印了一个模拟大血管大小和形状的聚合物支架。支架以空心管的形式印制,带有侧开口,以便连接较小的血管。与以前的研究不同,Szklanny使用的是以色列生物印刷公司生产的人类胶原蛋白,而以前的研究是用动物胶原蛋白来构建支架Collplant它是从烟草植物中提取的。

一旦支架被创造出来,组织就会被3D打印出来,并使用另一种基于胶原蛋白的生物墨水在其周围组装,然后在其中形成一个微型血管网络。然后在大血管支架上覆盖内皮细胞,这些细胞构成了体内的血管内层。

该结构被孵育了一周,在此期间,大型支架与周围组织中较小的生物打印血管建立了功能连接,模拟了人类血管网络的层次结构。

制造和植入可灌注的血管化组织。图像通过先进的材料。
制造和植入可灌注的血管化组织。图像通过先进的材料。

改善组织移植

为了测试3D打印血管网络的功能,Technion团队将组织结构移植到一只大鼠体内,并将其附着在动物的股动脉上。血液能够通过血管网络成功地流过移植的组织,而没有出现渗漏。

据Technion团队称,这项研究是迈向个性化药物的“重要一步”,并证明了3D生物打印的可行性。该技术能够将所需大小和形状的大血管3D打印出来,并与需要植入的组织组装在一起。

值得注意的是,如果能够将组织植入自身的血管网络,那么就不需要先将组织植入身体健康的部位,这样组织就可以被身体自身的血管渗透,然后再移植到受影响的部位。这种组织可以用病人自己的细胞形成,这一事实也可以大大减少,甚至消除身体排斥植入物的风险。

未来,Technion团队将继续评估他们的方法的可扩展性和可译性,将3D打印血管网络移植到更大的动物,如猪。该团队认为,他们的技术可以为完全实验室培养的适合移植的患者特异性组织开辟一条新的道路。

有关这项研究的进一步信息可参阅题为:“3D生物打印工程组织瓣与分级血管网络(VesselNet)直接进行宿主到植入物灌注,”发表在《先进材料》杂志上。该研究由A. Szklanny, M. Machour, I. Redenski, V. Chochola, I. Goldfracht, B. Kaplan, M. Epshtein, H. Yameen, U. Merdler, A. Feinberg, D. Seliktar, N. Korin, J. Jaroš和S. Levenberg共同撰写。

冠状动脉血管支架的制作和与3D打印水凝胶结构的集成。图像通过先进的材料。
冠状动脉血管支架的制作和与3D打印水凝胶结构的集成。图像通过先进的材料。

血管3D打印

在过去,增材制造技术已经被用于创建血管模拟结构,研究人员寻求为药物开发提供替代方法,消除了人类和动物试验疾病治疗

2018年,来自铜漂石开发了一种3D打印方法,使用可控氧抑制来模拟血管的结构和几何形状. 这项研究的目的是创建可定制用于疾病建模的微观结构。

大约在同一时间,来自加州大学圣地亚哥分校开发了一种3D生物打印方法来制作逼真的器官组织模型包含血管网络的。这些网络能够使乳腺癌肿瘤在体外存活,并形成一个有血管的人类肠道模型。

最近,研究人员使用了一种改进的3D细胞打印技术来制作仿生血管成功地植入了一只活老鼠体内,来自德州农工大学3D生物打印了一个由新型纳米工程水凝胶生物墨水制成的高度逼真的血管模型。这种水凝胶非常接近真实血细胞的自然血管功能和疾病反应,并有可能为临床应用铺平道路心血管药物开发进展

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特色的图像显示c冠状动脉血管支架的制造和3D打印周围水凝胶结构的集成。图像通过先进的材料。