O tehnică inovatoare de imprimare 3D a ţesuturilor, care permite crearea reţelelor vasculare, a fost dezvoltată de o echipă de ingineri americani. Noua inovaţie le permite oamenilor de ştiinţă să creeze reţele vasculare ce imită culoarele naturale ale corpului pentru sânge, aer, limfă şi alte lichide vitale.
Cercetătorii au reuşit să realizeze un model din hidrogel al unui sac de aer ce imită plămânul în care căile respiratorii livrează oxigen către vasele de sânge înconjurătoare. De asemenea au realizat şi experimente de implantare la şoarecii de laborator a unor construcţii bioprintate ce conţin celule hepatice.
Lucrarea a fost condusă de inginerii Jordan Miller de la Universitatea Rice şi Kelly Stevens de la Universitatea din Washington şi a inclus 15 colaboratori de la Rice, UW, Universitatea Duke, Universitatea Rowan şi Nervous System, o firmă din Somerville, Massachussetts.
”Unul din cele mai mari obstacole pentru generarea înlocuitorilor de ţesut funcţionali a fost inabilitatea noastră de a printa sistemul vascular complex ce poate livra nutrienţi la ţesuturi dens populate. Mai mult, organele noastre conţin reţele vasculare independente – cum ar fi căile respiratorii şi vasele de sânge ale plămânilor sau ductele biliare şi vasele de sânge din ficat. Aceste reţele interpenetrate sunt încâlcite fizic şi biochimic, iar arhitectura în sine este legată de funcţia ţesuturilor”, a explicat Miller, citat de sciencedialy.com.
Scopul printării organelor sănătoase, funcţionale, este nevoia de organe de transplant. Mai mult de 100.000 de persoane se află pe listele de aşteptare pentru transplanturi doar în Statele Unite, iar cei care primesc eventual un organ tot trebuie să facă faţă medicamentelor imunosupresoare toată viaţa pentru a preveni respingerea organului.
Bioprintarea a atras un interes intens în timpul ultimului deceniu pentru că teoretic ar putea rezolva ambele probleme, permiţând doctorilor să printeze organe de înlocuire cu celulele proprii ale unui pacient.
”Viziunea noastră este că bioprintarea va deveni o componentă majoră a medicinei în următoarele două decenii”, a mai spus Miller.
Ficatul este interesant în mod special pentru că efectuează 500 de funcţii. Complexitatea ficatului înseamnă că nu există în prezent vreo maşină sau terapie care să îi poată înlocui toate funcţiile atunci când cedează, iar organele umane bioprintate ar putea într-o zi să alimenteze acea terapie, susţin autorii cercetării.
În acest sens, echipa a creat o nouă tehnologie de bioprintare open-source numită ”aparat de stereolitografie pentru ingineria ţesuturilor”, sau SLATE. Sistemul utilizează aditivi industriali pentru a face hidrogeluri moi strat cu strat.
Straturile sunt printate dintr-o soluţie lichidă pre-hidrogel ce devine solidă când este expusă la lumină albastră. Un proiector digital de procesare a luminii luceşte de dedesubt, afişând felii 2D secvenţiale ale structurii la rezoluţie înaltă, cu mărimi ale pixelilor ce variază între 10 şi 50 de microni. Cu fiecare strat solidificat, un braţ ridică gelul 3D în creştere doar cât să expună lichidul la următoarea imagine din proiector.
Perspectiva cheie a lui Miller, a fost adăugarea unor vase ce absorb lumina albastră. Aceşti fotoabsorbanţi limitează solidificarea la un strat foarte fin. Prin această cale, sistemul poate produce geluri biocompatibile moi, pe bază de apă, cu o arhitectură internă complicată în doar câteva minute.
Testele asupra structurii ce imită plămânul au arătat că ţesuturile au fost suficient de ferme pentru a evita ruperea în timpul fluxului sanguin şi respiraţiei pulsatorie, o intrare şi ieşire ritmică a aerului ce simulează presiunile şi frecvenţele respiraţiei umane. Testele au arătat că celulele roşii sanguine au putut transporta oxigenul în timpul curgerii printr-o reţea de vase sanguine ce înconjoară sacul de aer ce ”respiră”. Această mişcare a oxigenului este similară cu schimbul de gaze ce apare în alveolele plămânului.
În testele implanturilor terapeutice pentru boli la ficat, echipa a printat ţesuturi 3D, le-a încărcat cu celule hepatice primare şi le-au implantat şoarecilor. Ţesuturile au avut compartimente diferite pentru vasele de sânge şi celulele hepatice şi au fost implantate şoarecilor cu deteriorare cronică a ficatului. Testele au arătat că celulele hepatice au supravieţuit implantării.
Autorii mai afirmă că noul sistem de bioprintare poate să producă de asemenea caracteristici intravasculare, ca valvele bicuspide ce permit lichidelor să curgă într-o singură direcţie. În cazul oamenilor, valvele intravasculare se găsesc în inimă, venele din picior şi reţele complementare ca sistemul limfatic ce nu are nicio pompă pentru a conduce fluxul.
