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
eROSITA обнаружил обломки сверхновой

eROSITA обнаружил обломки сверхновой

В ходе первого обзора всего неба с помощью рентгеновского телескопа eROSITA на борту SRG астрономы из Института внеземной физики Макса Планка идентифицировали ранее неизвестный остаток сверхновой, получивший название «Hoinga».

Открытие было подтверждено архивными радиоданными и знаменует собой первое открытие совместного партнерства Австралии и eROSITA, созданного для исследования нашей Галактики с использованием нескольких длин волн, от низкочастотных радиоволн до рентгеновских лучей. Остаток сверхновой звезды Hoinga очень большой и расположен далеко от галактической плоскости - удивительное первое открытие, подразумев...
03.03.21 22:12
0
0
Обнаружены гамма- и оптические вспышки от блазара S5 1803 + 784

Обнаружены гамма- и оптические вспышки от блазара S5 1803 + 784

Используя космическую обсерваторию Ферми, астрономы провели долгосрочную кампанию по мониторингу блазара S5 1803 + 784, и идентифицировали несколько гамма-лучевых и оптических вспышек от этого источника.

Блазары - это очень компактные квазары, связанные со сверхмассивными черными дырами в центрах активных гигантских эллиптических галактик, и могут проявлять изменчивость в широком диапазоне временных масштабов. Они принадлежат к большой группе активных галактик, в которых находятся активные ядра галактик (AGN), и их характерные черты - релятивистские джеты, направленные почти точно на Землю. Основ...
01.03.21 22:45
0
3
На спутниковых снимках России заметны загадочные полосы

На спутниковых снимках России заметны загадочные полосы

Ученые не могут прийти к единому мнению, почему холмы в российской Арктике изобилуют полосами.

Ранее на этой неделе исследователи НАСА разместили серию спутниковых снимков своеобразного морщинистого ландшафта на веб-сайте агентства Earth Observatory. На фотографиях, сделанных со спутника Landsat 8 за несколько лет, видна земля по обе стороны реки Марха, изобилующая чередующимися темными и светлыми полосами. Эффект наблюдается во время всех четырех сезонах, но наиболее ярко он проявляется зи...
28.02.21 16:22
0
1
Успешное испытание двигателя приближает Австралию к космосу

Успешное испытание двигателя приближает Австралию к космосу

Австралийский исследовательский консорциум успешно испытал двигательную установку нового поколения, которая может обеспечить высокоскоростной полет и услуги по запуску в космос.

Вращающийся детонационный двигатель команды, или RDE, является крупным техническим достижением и впервые в Австралии. Он был разработан инженерами Университета RMIT и разрабатывается консорциумом под руководством DefendTex с исследователями из RMIT, Сиднейского университета и Университета Бундесвера в Германии. Обычные ракетные двигатели работают за счет сжигания топлива при постоянном давлении,...
27.02.21 21:13
0
0
eROSITA обнаружил обломки сверхновой

eROSITA обнаружил обломки сверхновой

В ходе первого обзора всего неба с помощью рентгеновского телескопа eROSITA на борту SRG астрономы из Института внеземной физики Макса Планка идентифицировали ранее неизвестный остаток сверхновой, получивший название «Hoinga».

Открытие было подтверждено архивными радиоданными и знаменует собой первое открытие совместного партнерства Австралии и eROSITA, созданного для исследования нашей Галактики с использованием нескольких длин волн, от низкочастотных радиоволн до рентгеновских лучей. Остаток сверхновой звезды Hoinga очень большой и расположен далеко от галактической плоскости - удивительное первое открытие, подразумев...
03.03.21 22:12
0
0
Обнаружены гамма- и оптические вспышки от блазара S5 1803 + 784

Обнаружены гамма- и оптические вспышки от блазара S5 1803 + 784

Используя космическую обсерваторию Ферми, астрономы провели долгосрочную кампанию по мониторингу блазара S5 1803 + 784, и идентифицировали несколько гамма-лучевых и оптических вспышек от этого источника.

Блазары - это очень компактные квазары, связанные со сверхмассивными черными дырами в центрах активных гигантских эллиптических галактик, и могут проявлять изменчивость в широком диапазоне временных масштабов. Они принадлежат к большой группе активных галактик, в которых находятся активные ядра галактик (AGN), и их характерные черты - релятивистские джеты, направленные почти точно на Землю. Основ...
01.03.21 22:45
0
1
Успешное испытание двигателя приближает Австралию к космосу

Успешное испытание двигателя приближает Австралию к космосу

Австралийский исследовательский консорциум успешно испытал двигательную установку нового поколения, которая может обеспечить высокоскоростной полет и услуги по запуску в космос.

Вращающийся детонационный двигатель команды, или RDE, является крупным техническим достижением и впервые в Австралии. Он был разработан инженерами Университета RMIT и разрабатывается консорциумом под руководством DefendTex с исследователями из RMIT, Сиднейского университета и Университета Бундесвера в Германии. Обычные ракетные двигатели работают за счет сжигания топлива при постоянном давлении,...
27.02.21 21:13
0
1
GRANTECAN обнаружил самое большое скопление галактик в ранней Вселенной

GRANTECAN обнаружил самое большое скопление галактик в ранней Вселенной

Исследование, проведенное учеными из Института астрофизики Канарских островов (IAC) с помощью инструмента OSIRIS на Gran Telescopio Canarias (GTC), показало, что в примитивной Вселенной формируется наиболее густонаселенное скопление галактик.

Исследователи предсказывают, что эта структура, которая находится на расстоянии 12,5 миллиардов световых лет от нас, в процессе эволюции превратится в скопление, подобное скоплению Девы, соседки Местной группы галактик, к которой принадлежит Млечный Путь. Скопления галактик - это группы галактик, которые остаются вместе из-за действия силы тяжести. Чтобы понять эволюцию скоплений, ученые ищут фо...
26.02.21 19:18
0