Вычислительная модель, способная быстро проектировать сеть кровеносных сосудов для 3D-печати любого органа, приближает человечество к пересадке искусственной печени, почек или сердца без необходимости в доноре.
Люди с органной недостаточностью часто нуждаются в трансплантации, но удовлетворяется лишь 10% глобального спроса. Чтобы восполнить эту потребность, ученые разрабатывают методы 3D-печати органов в лаборатории. Однако такие органы требуют сети кровеносных сосудов для поддержания жизнеспособности, а существующие экспериментальные методы их проектирования занимают дни или даже недели, передает naukatv.ru
Чтобы решить эту проблему, биоинженеры разработали вычислительную модель, которая может проектировать такие сети для любого органа на основе математического закона, описывающего ветвление кровеносных сосудов на капилляры.
Подход протестировали, поручив модели спроектировать сеть из 25 сосудов для кольцевой структуры шириной 1 см, напечатанной из клеток почки. Задача была выполнена всего за несколько минут.
Рассчитанную сосудистую сеть напечатали внутри кольца, используя частицы холодного желатина, после чего нагрели его до 37 °C. Желатин растаял, образовав сеть полых каналов шириной 1 мм, макетирующих кровеносные сосуды. Через них пустили жидкость, содержащую кислород и питательные вещества, чтобы имитировать нормальный кровоток.
Через неделю в кольце оказалось примерно в 400 раз больше живых клеток по сравнению с идентичной структурой без сосудов, также погруженной в жидкость, имитирующую кровь.
«Мы смогли поддерживать жизнеспособность клеток, находящихся вблизи сосудов», — довольна профессор Элисон Марсден из Стэнфордского университета.
Клетки, расположенные дальше, увы, погибли, потому что напечатать более мелкие и разветвленные сосуды, необходимые для снабжения этих областей питательными веществами, пока не получается. Исследователи ищут способы решения этой проблемы.
«Они определенно расширяют границы возможного», — говорит профессор Юг Тальбо из Университета Париж-Сакле во Франции.
В будущем этот подход позволит проектировать сосудистую сеть для полноразмерного органа за часы, а не дни или недели, добавил он: «[Сети] сосудов, спроектированные таким образом, в будущем смогут заменить или хотя бы дополнить органы, выращенные в лаборатории».
Сначала исследователям нужно разработать методы печати таких сосудистых сетей для крупных органов. По словам Марсден, если все пойдет хорошо, в течение примерно пяти лет напечатанные на 3D-принтере органы будут протестированы на свиньях.