Oamenii de știință lucrează pentru a construi vase de sânge din celulele umane folosind sculpturi de gheață minuscule – aceste forme frigide 3D se răsucesc și se ramifică ca artere reale și pot fi folosite ca schele temporare care ulterior se topesc, pentru a fi înlocuite cu celule vii.
Cercetătorii au demonstrat primul pas al acestui proces de construire a vaselor de sânge într-un studiu recent prin crearea schelelor folosind o tehnică de „imprimare cu gheață” 3D. Schelele au fost apoi acoperite cu un gel care a fost încorporat cu celule umane, pe care echipa le-a crescut timp de aproximativ două săptămâni.
Tehnica de imprimare cu gheață ar putea fi folosită într-o zi pentru a realiza vase de sânge realiste, crescute în laborator, din celule umane, care captează „geometriile complexe” ale rețelelor vasculare reale din organism, a spus cercetător. Feimo Yangun candidat la doctorat în inginerie mecanică la Universitatea Carnegie Mellon, a declarat pentru Live Science.
„În prezent, aceasta este mai degrabă o dovadă a conceptului”, a spus Yang, dar odată cu dezvoltarea, această tehnică ar putea fi utilă pentru fabricarea de vase de sânge care ar putea fi transplantate într-o persoană atunci când are nevoie de o arteră sau o venă reparată, înlocuită sau ocolită.
Legate de: Țesutul creierului uman imprimat 3D funcționează ca un lucru real
Medicii recoltează în prezent vase de sânge pentru transplant din altă parte a corpului unui pacient sau de la un donator. Pentru unele proceduri, clinicienii pot folosiți vase de sânge artificiale fabricat din polimeri sintetici; materiale naturale, cum ar fi proteinele; sau un amestec al celor două. Cu toate acestea, aceste vase de sânge artificiale nu le reproduc perfect pe cele reale și pot eșua, în parte pentru că nu sunt vii.
Acolo imprimarea cu gheață ar putea oferi un avantaj; ar putea ajuta oamenii de știință să creeze structuri mai realiste din celule umane reale.
Imprimarea pe gheață la scară mică ar putea fi, de asemenea, utilă pentru fabricarea așa-numitelor dispozitive organ-on-a-chip, a adăugat Yang. Astfel de dispozitive folosesc fluide care curg prin multe canale minuscule pentru a susține creșterea celulelor și acționează ca modele în miniatură de organe din corpul uman.
Noua lucrare a echipei – pe care Yang o va prezenta la cea de-a 68-a întâlnire anuală a Societății de Biofizică care va avea loc între 10 și 14 februarie la Philadelphia – a fost construită pe baza unei tehnici de imprimare numită 3D-ICE, descrisă pentru prima dată într-o lucrare din 2022 din jurnal. Știință Avansată.
Munca noastră la #ice #3Dprinting la #microscală a fost prezentată în Additive Manufacturing! „aproape ca și cum ai fi martor la ceva magic… arată mai mult ca aparține unui documentar despre natură” #CarnegieMellon #biomedical #microfluidics #AdditiveManufacturinghttps://t.co/j1u6qM3vLx25 ianuarie 2023
Vezi mai mult
Imprimanta folosește apa ca „cerneală” și funcționează prin picurarea picăturilor de apă pe o suprafață rece de cupru, care este menținută la minus 31 de grade Fahrenheit (minus 35 de grade Celsius). Când o picătură de apă lovește suprafața, îngheață rapid și fiecare picătură succesivă se adaugă sculpturii de gheață în creștere.
Imprimanta scuipă aproximativ 200 de picături de apă pe secundă, a spus Yang. Această viteză este suficient de lentă pentru a permite unei picături de apă să înceapă să înghețe înainte ca următoarea să lovească, dar suficient de rapid încât picăturile să înghețe împreună într-o structură netedă, mai degrabă decât să creeze straturi definite. Dacă picăturile au căzut de asemenea rapid, o picătură de apă lichidă s-ar fi contopit în următoarea și s-a răspândit înainte de a îngheța, a explicat Yang.
Picăturile în sine au un diametru de aproximativ 50 de micrometri, astfel încât structurile rezultate pot fi realizate cu detalii la nivel de microni. Iar tehnica de imprimare este rapidă. Sculpturile realizate de echipa aveau aproximativ 0,1 inchi (3 milimetri) înălțime și 0,008 inchi (0,2 mm) în diametru și „este nevoie de 20 de secunde” pentru a fi imprimate, a spus Yang.
Legate de: „Organ-on-cip” arată cum uterul convinge embrionul să se implanteze la începutul sarcinii
Există și alte tehnici de imprimare pe gheață care construiesc sculpturi mici strat cu strat sau volum cu volum, dar acestea nu sunt grozave pentru a crea suprafețe netede. 3D-ICE, prin contrast, poate crea forme netede, care curg liber, mai aproape de ceea ce se vede în sistemul circulator uman.
După ce au creat o sculptură minusculă cu imprimanta lor de gheață, Yang și colegii au acoperit structura într-un material pe bază de gelatină. Deoarece imprimanta lor folosește în mod special „apă grea” – în care atomii de hidrogen sunt înlocuiți cu deuteriu – gheața rămâne înghețată la temperaturi peste zero. Asta a însemnat că cercetătorii ar putea lucra la temperaturi în care gelul lor rămâne maleabil în timp ce gheața rămânea înghețată.
Folosind lumină ultravioletă, au topit gheața și au întărit gelul, lăsând canale netede care seamănă foarte mult cu vasele de sânge. Echipa a adăugat apoi celule care căptușesc vasele de sânge, numite celule endoteliale, la gel și a arătat că acestea pot crește celulele timp de două săptămâni. În viitor, vor experimenta creșterea celulelor pentru mai mult timp.
Deși va trece ceva timp până când 3D-ICE ar putea fi folosit pentru a crea vase de sânge destinate corpului unui pacient uman, „sperăm că vom putea extinde utilizarea acestei tehnologii”, a spus Yang.
Te-ai întrebat vreodată de ce unii oameni își construiesc mușchi mai ușor decât alții sau de ce ies pistruii la soare? Trimite-ne întrebările tale despre cum funcționează corpul uman community@livescience.com cu subiectul „Health Desk Q” și este posibil să vedeți răspunsul la întrebarea dvs. pe site!