Ошибка!

Показать Ошибка!

Забыли пароль?

Ошибка!

Ошибка!

Скрыть Ошибка!

Скрыть Ошибка!

Забыли пароль? Напишите ваш email и мы отправим письмо с инструкциями.

Ошибка!

Обратно

Закрыть

Предложена технология трехмерной печати искусственных биологических тканей с сосудистыми системами

Предложена технология трехмерной печати искусственных биологических тканей с сосудистыми системами
Ученые из Университета в Пенсильвании предложили эффективный метод создания искусственных биологических тканей с развитой васкулярной (сосудистой) сетью, пригодный для трехмерной печати с использованием 3D-принтера.


Исследователи надеются, что новые достижения в области инженерии органических тканей и регенеративной медицины когда-нибудь сделают возможным выращивание печени из клеток пациента или никогда «не мычавшего и не бегавшего по лугам»  животного мяса, которое можно порезать на стейки и зажарить. Биоинженеры уже способны конструировать двумерные структуры из разных типов тканей, но одной из важнейших задач на пути к трехмерным структурам является поиск техники, уберегающей клетки в объемных структурах от «удушия»; органы имеют сложные трехмерные сети сосудов, прокачивающие кровь, а значит, обеспечивающие клетки питанием, которые очень не просто воспроизвести в лаборатории.

Недавно ученые из Университета в Пенсильвании (University of Pennsylvania) предложили инновационное решение проблемы «кровоснабжения»: они доказали, что трехмерные печатные волокна можно использовать для быстрого создания сосудистых сетей, улучшая таким образом свойства и функции искусственных живых тканей.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Materials, проводилось командой под руководством доктора биоинженерии Джордана Миллера (Jordan S. Miller) и профессора Кристофера Чена  (Christopher S. Chen) из Отделения Биоинженерии (the Department of Bioengineering) при Университете в Пенсильвании; в команду также входили профессор Санжита Бхатия (Sangeeta N. Bhatia), возглавляющая Лабораторию Масштабируемых Регенеративных Технологий (Laboratory for Multiscale Regenerative Technologies) при Массачусетском Технологическом Университете (Massachusetts Institute of Technology, MIT) и доктор Келли Стивенс (Kelly R. Stevens) из лаборатории Бхатия.

 

Кровеносная система играет колоссальную роль в обеспечении клеток живого организма питательными веществами. Клетки в объемных искусственных тканях также нуждаются в своевременном питании и отводе продуктов метаболизма

 

Без системы кровоснабжения – основного средства доставки нутриентов (питательных веществ) и удаления отходов метаболизма – живые клетки, помещенные в объемную тканевую структуру, быстро погибают.  Такая проблема не наблюдается в тонких тканях, состоящих из нескольких слоев клеток, поскольку все клетки в них имеют прямой доступ к нутриентам и кислороду. Биоинженеры осваивают метод трехмерной печати для производства объемных тканей, содержащих большое количество живых клеток.

Наиболее известная биоинженерная техника базируется на выращивании ткани слой за слоем - биопечати, при которой одиночные слои или капельки, составленные из клеток и геля-основы, сначала производят, а затем собирают их вместе, добавляя по одной капле за раз, что напоминает возведение конструкции из деталей LEGO.

При помощи этого метода «пошагового производства» можно создавать сложные формы из разнообразных материалов, но данный способ не подходит для печати клеточных структур с кровеносными системами. Швы, соединяющие полые «транспортные» каналы, которые пролегают между слоями ткани, могут разойтись, если по каналам прогонять жидкость. Кроме того, некоторые виды клеток, вроде клеток печени, не способны пережить длительную процедуру трехмерной биопечати.

Чтобы разрешить такую проблему, исследователи из Университета в Пенсильвании вывернули процесс печати «наизнанку».

Вместо того чтобы послойно печатать крупные структуры тканей, оставляя межу ними васкулярные каналы (аналоги сосудов), Чен и его коллеги сосредоточились на самой сосудистой сети и спроектировали автономные трехмерные волокнистые сети, которые должны были заместить васкулярную систему, заранее помещенную в нечто подобное «форме для литья». Способ получения плотной искусственной органической ткани, как бы «заключающей» в себе волокна, схож с применяемой тысячелетия техникой, называющейся литьем по выплавляемой модели (ее суть состоит в том, что в форму для литья помещают глину, покрытую воском, воск тает и вытекает из формы, а его место занимает бронза, которая и образует полую скульптуру после отделения глины): форму и васкулярную основу убирают после добавления клеток.

 

Полученное с помощью микроскопа изображение "напечатанной" на 3D-принтере сахарной заготовки, предназначенной для создания сосудистой сети в живой ткани

 

«Иногда решение может быть элементарным», - говорит Миллер. «Первую подсказку для такого решения я нашел, когда посетил выставку «Мир тел», где среди прочего можно увидеть пластиковые слепки полноценных сосудистых сетей из разных органов».

Техника «быстрого литья» потребовала от исследователей создать материал, достаточно жесткий для формирования трехмерной сети цилиндрических волокон, но в то же время легко растворяющийся в воде без негативного токсичного воздействия на клетки. Такой материал, помимо этого, должен быть совместимым с 3D-принтером, чтобы на его основе можно было производить сложные васкулярные сети на порядок быстрее и в больших масштабах по сравнению с послойной биопечатью.

После продолжительных экспериментов команда остановилась на сахаре – простом и доступном материале, обладающем необходимыми свойствами. Сахар механически прочен и - в форме целлюлозы - образует большую часть биомассы на планете, а кроме того, компоненты сахара активно участвуют в питательных процессах, ускоряющих рост клеток.

«Мы протестировали множество разных формул сахара, прежде чем нам удалось свести воедино все нужные нам характеристики», - продолжает Миллер. «А поскольку не существует универсального типа геля, оптимального для создания любого вида ткани, мы хотели получить такую формулу сахара, которая была бы полностью совместима с любыми типами клеточных или основывающихся на воде гелей».

Конечная формула представляет собой комбинацию сахарозы, глюкозы и усиливающего прочность структуры декстрана, а вещество на базе этой формулы пригодно для печати на 3D-принтере. Ученые использовали open-source устройство RepRap со специально разработанным для целей ученых экструдером и программным обеспечением. Чтобы придать стабильность напечатанной структуре, исследователи покрыли заготовки тонким слоем разлагающегося полимера, полученного из кукурузы. Благодаря этому покрытию сахарные заготовки «распадаются» и вытекают из геля-основы через создаваемые исследователями каналы, не изменяя жидкостных свойств геля и не повреждая растущие клетки. После того как сахар разложился, ученые начали прокачивать жидкость через образовавшиеся сосудистые сети, чтобы доставить клеткам нутриенты и кислород – подобно тому, как это происходит в организме.

 

Производство искусственного мяса, не уступающего по своим вкусовым характеристикам настоящему мясу, станет доступнее благодаря новой технологии трехмерной печати полноценных тканей

 

Сам процесс является быстрым и недорогим с точки зрения реализации, что позволяет ученым с легкостью переключаться с компьютерного моделирования на физические модели васкулярных сетей в разных конфигурациях.

«Эта новая технология производства искусственных тканей весьма безопасна для клеток», - отмечает Чен. «Процедура подразумевает всего лишь ручное переливание жидкости с клетками в форму, после чего они получают питание через образовавшуюся васкулярную сеть».

Исследователи также обнаружили, что клетки крови человека, пропускаемые через искусственную васкулярную сеть, создают новые «отростки»-капилляры, чтобы расширить кровеносную сеть – в теле человека кровеносные сосуды растут схожим образом.

В качестве дополнительного доказательства высокой эффективности своего метода ученые приводят тот факт, что структуры, построенные из живых клеток печени, способны производить альбумин и карбамид, что свидетельствует о полноценном функционировании клеток в подобных структурах с искусственными системами снабжения питательными растворами.

«Клеточным биологам идея трехмерной печати тканей, содержащих сосудистые сети, в целом нравится, но раньше для производства таких тканей им понадобилось бы специализированное оборудование и помощь экспертов», - уточняет Миллер. «Теперь же это не требуется; наши васкулярные заготовки на основе сахара достаточно стабильные и прочные, и потому их можно в готовом виде поставлять в лаборатории по всему миру».

-----------

Любая бытовая техника рано или поздно приходит в неисправность. Если вдруг это случилось, вы можете обратится в ремсервис, где вам окажут квалифицированную помощь. Детали на сайте http://rem-service24.ru/. Вы можете доверить нам свою технику.

Комментарии:

Еще нет комментариев, станьте первым коментатором!
Войдите на зайт или зарегистрируйтесь, чтобы оставлять комментарии!
0
Популярный убийца сорняков повышает риск заражения малярией

Популярный убийца сорняков повышает риск заражения малярией

Неожиданные новые результаты исследователей из Университета Джона Хопкинса указывают на то, что наиболее часто используемый в мире гербицид ослабляет иммунную систему насекомых.

Один эксперимент с москитами, которые распространяют малярию, предполагает, что это химическое вещество может повысить восприимчивость насекомых к паразитарной инфекции, что повысит риск передачи заболеваний человеку. Глифосат - это средство от сорняков, которое широко используется в сельском хозяйстве. Он убивает растения, нарушая важный метаболический процесс, называемый шикиматным путем. Этот ...
14.05.21 09:59
0
0
Полет Ingenuity на Марсе в 3D

Полет Ingenuity на Марсе в 3D

Когда 25 апреля во время третьего полета вертолет НАСА Ingenuity поднялся в небо Марса, марсоход Perseverance записывал этот исторический момент.

Теперь инженеры НАСА визуализировали полет в 3D, придав ему волнующую глубину, когда вертолет поднимается, зависает, затем смещается в сторону за пределы экрана, прежде чем вернуться для точной посадки. Наблюдать за этой сценой - все равно что стоять на поверхности Марса рядом с Perseverance и наблюдать за полетом воочию. Расположенный на «голове» марсохода визуализатор Mastcam-Z с двумя камерами...
13.05.21 10:33
0
1
Роботизированная рука Perseverance начинает заниматься наукой

Роботизированная рука Perseverance начинает заниматься наукой

Новейший марсоход НАСА начинает изучать дно древнего кратера, в котором когда-то находилось озеро.

Марсоход НАСА Perseverance был занят обязаностями базовой станции связи для вертолета Ingenuity и документировал исторические полеты. Но теперь марсоход также сосредоточил научные инструменты на камнях, лежащих на дне кратера Джезеро. Открытие поможет ученым создать график образования древнего озера, когда оно высохло и когда в дельте, образовавшейся в кратере, начали накапливаться отложения. Пон...
13.05.21 10:20
0
2
Жидкие примеси алмазов позволяют по-новому взглянуть на древнюю Землю

Жидкие примеси алмазов позволяют по-новому взглянуть на древнюю Землю

Геологи изучили крошечные карманы жидкостей, заключенных в алмазах, чтобы лучше понять, насколько древними могут быть любимые камни человечества.

При этом они определили три различных периода образования алмазов в Африке за последние несколько миллиардов лет, имеющих интригующие последствия для истории планеты. Каким бы красивым ни был бриллиант в кольце или ожерелье, он чрезвычайно скучен с геологической точки зрения. Это связано с тем, что бриллианты ювелирного качества, столь ценимые в ювелирной промышленности, должны быть как можно бол...
12.05.21 09:57
0
0
Полет Ingenuity на Марсе в 3D

Полет Ingenuity на Марсе в 3D

Когда 25 апреля во время третьего полета вертолет НАСА Ingenuity поднялся в небо Марса, марсоход Perseverance записывал этот исторический момент.

Теперь инженеры НАСА визуализировали полет в 3D, придав ему волнующую глубину, когда вертолет поднимается, зависает, затем смещается в сторону за пределы экрана, прежде чем вернуться для точной посадки. Наблюдать за этой сценой - все равно что стоять на поверхности Марса рядом с Perseverance и наблюдать за полетом воочию. Расположенный на «голове» марсохода визуализатор Mastcam-Z с двумя камерами...
13.05.21 10:33
0
1
Роботизированная рука Perseverance начинает заниматься наукой

Роботизированная рука Perseverance начинает заниматься наукой

Новейший марсоход НАСА начинает изучать дно древнего кратера, в котором когда-то находилось озеро.

Марсоход НАСА Perseverance был занят обязаностями базовой станции связи для вертолета Ingenuity и документировал исторические полеты. Но теперь марсоход также сосредоточил научные инструменты на камнях, лежащих на дне кратера Джезеро. Открытие поможет ученым создать график образования древнего озера, когда оно высохло и когда в дельте, образовавшейся в кратере, начали накапливаться отложения. Пон...
13.05.21 10:20
0
1
Вояджер-1 уловил плазменный гул в космической пустоте

Вояджер-1 уловил плазменный гул в космической пустоте

Вояджер-1 - один из двух космических кораблей-близнецов НАСА, запущенных 44 года назад и теперь являющийся самым далеким созданным человеком объектом в космосе - все еще работает и приближается к бесконечности.

Корабль давно миновал край Солнечной системы через гелиопаузу (границу Солнечной системы с межзвездным пространством) в межзвездную среду. Теперь его инструменты обнаружили постоянный гул межзвездного газа (плазменные волны), гласит исследование Корнельского университета, опубликованное в журнале Nature Astronomy. Стелла Кох Окер, докторант Корнельского университета по астрономии, обнаружила это ...
11.05.21 09:57
0
1
SpaceX запустит лунную миссию, оплаченную криптовалютой Dogecoin

SpaceX запустит лунную миссию, оплаченную криптовалютой Dogecoin

SpaceX запустит спутник к Луне в следующем году, полностью финансируемый за счет криптовалюты Dogecoin, объявила в воскресенье канадская компания Geometric Energy Corporation, которая возглавит лунную миссию.

Спутник DOGE-1, будет запущен на борту ракеты SpaceX Falcon 9 в первом квартале 2022 года, сообщает в своем заявлении компания из Калгари. Согласно ему, кубический спутник весом 40 килограммов будет нацелен на получение «лунно-пространственной разведки с датчиков и камер на борту». «Миссия DOGE-1 на Луну будет первой коммерческой лунной полезной нагрузкой в ??истории, оплачиваемой полностью с по...
10.05.21 21:00
0