3D принтирането на лед може да създаде изкуствени кръвоносни съдове- пробив за лабораторно отгледани органи

Тъй като необходимостта от донорство на органи, особено за сърца, бъбреци и черен дроб, става все по-разпространена, все повече и повече учени се посвещават на намирането на начини за създаване на жизнеспособни изкуствени органи, въпреки че има малък успех през последните години. Сега обаче може да има решение. Изследователи от университета Carnegie Mellon показаха, че са намерили начин да се преодолее разликата между наличните органи и търсенето на трансплантации. С помощта на 3D печат на лед, те откриха, че е възможно да се създадат структури, които наподобяват кръвоносни съдове, имитиращи естествения им дизайн и позволявайки им да функционират правилно в тялото.

Според Отдела по трансплантация (Division of Transplantation (DoT)), федералният орган, отговорен за надзора на системите за трансплантация на органи и кръвни стволови клетки в САЩ, през 2024 г. е имало 103 223 мъже, жени и деца в националния списък на чакащи за трансплантация. Освен това броят непрекъснато расте, като на всеки 8 минути се добавя нов човек.

^{Много от списъка за трансплантация на органи са чакали доста време, особено за органи, където търсенето е голямо, като например бъбреци (Изображения: HRSA)}

Не само това, но DoT изчислява, че около 17 души умират всеки ден, чакайки за трансплантация на органи, над 6000 на година. Ето защо толкова много време и изследвания са отделени не само за увеличаване на броя на донорите на органи (при около 170 милиона души в САЩ към 2022 г., въпреки че трябва да се отбележи, че не всеки, който се регистрира като донор, може действително да дари) , но и намиране на алтернативни начини за получаване на жизнеспособни органи. Тук се възлагат много надежди на методи като 3D печат.

Наистина, въпреки че е положена много работа в техники като биопечат , има постоянни пречки при създаването на лабораторно отгледани органи. Най-забележителното е, че е огромно предизвикателство да се създадат мрежи от кръвоносни съдове в изкуствени органи, които работят като естествените. Като цяло традиционните конструкции на изкуствени кръвоносни съдове не са в състояние да имитират естествените и следователно не могат да функционират правилно. Сега 3D печатът на лед може да бъде отговорът.

3D печат на лед, използван за създаване на изкуствени кръвоносни съдове

По-горе ви разказахме за 3D печат на лед , първоначално разработен от инженерни изследователи в Carnegie Mellon през 2022 г. Процесът обикновено включва добавяне на поток вода към много студена повърхност. Въпросната вода е „тежка вода“, което означава, че водородните атоми във водата са заменени с деутерий, което придава на водата по-висока точка на замръзване и спомага за създаването на гладка текстура. Както може да очаквате, частта е направена чрез замразяване на водата слой по слой.

Feimo Yang, завършил студент в лабораториите на Philip LeDuc и Burak Ozdoganlar в университета Carnegie Mellon, който ръководи това изследване, обясни допълнително как 3D печатът на лед се различава от другите процеси: „ Това, което прави нашия метод различен от другите видове 3D печат е, че вместо да оставим водата да замръзне напълно, докато печатаме, оставяме я да поддържа течна фаза отгоре. Този непрекъснат процес, който наричаме свободна форма, ни помага да получим много гладка структура. Нямаме ефект на наслояване, типичен за много 3D печата.“

Изображения: Feimo Yang

След като 3D отпечатаните ледени шаблони са готови, те се вграждат в желатинов материал, GelMA. Това се излага на ултравиолетова светлина, което прави желатина втвърден и разтопява леда. Резултатът след това са реалистични канали на кръвоносните съдове.

И беше сравнително успешно, тъй като изследователят успя да демонстрира, че може да въведе ендотелни клетки, които покриват всички кръвоносни съдове и регулират обмена между кръвния поток и околните тъкани, в тези произведени кръвоносни съдове. Клетките оцеляха върху желатина до две седмици и сега изследователите възнамеряват да култивират клетките за по-дълъг период от време.

В допълнение към трансплантациите на органи, това изследване може да бъде идеално и за тестване на ефектите на лекарствата върху кръвоносните съдове. И те със сигурност са голяма стъпка напред в създаването на сложни, реалистични мрежи от кръвоносни съдове за тъканно инженерство и може би голям пробив в създаването на изкуствени органи.