Блог

Oct 26, 2023

Новый и простой метод создания платформы, имитирующей кровеносные сосуды

26 июня 2020 г.

26 июня 2020 г.

Сингапурского университета технологий и дизайна

Система кровообращения служит важнейшей инфраструктурой для массовой транспортировки питательных веществ и облегчает обмен газообразных веществ и продуктов жизнедеятельности органов человеческого тела. Эти кровеносные сосуды подвергаются постоянному воздействию гидродинамического давления кровотока, а также ритма сокращений и расслаблений, оказываемого окружающими их тканями. Воздействие этих раздражителей может запустить каскад клеточных реакций, которые могут привести к неблагоприятным состояниям, таким как тромбоз и воспаление кровеносных сосудов.

Эти клеточные реакции на события известны как механотрансдукция — процесс преобразования механических сигналов в химические сигналы в организме. Хотя исследователям удалось разработать модели заболеваний, имитирующие различные нарушения в кровеносных сосудах, возможность одновременного учета напряжения сдвига от кровотока и напряжения растяжения по-прежнему считалась сложной задачей для воспроизведения.

Исследователи из исследовательской группы Оноэ Университета Кейо (Keio U) в сотрудничестве с лабораторией мягкой жидкости Сингапурского университета технологий и дизайна (SUTD) разработали и изготовили микроканал на основе внеклеточного матрикса (ECM), который позволяет одновременно обеспечивать механические стимулы за счет перфузии и растяжения. . Этот простой метод позволил исследователям путем жертвенного формования создать сложную сеть микроканалов в ЕСМ, напоминающую ткани человека.

При таком подходе на пресс-форме сначала создавался узор с раздвоениями и каскадными размерами шириной всего 0,2 мм. Для печати жертвенной формы, изготовленной из поливинилового спирта (ПВА), использовался коммерчески доступный и повсеместно доступный 3D-принтер для моделирования методом наплавления (FDM). В отличие от хорошо зарекомендовавшего себя метода, такого как формование реплик, где для создания микроканала с трехмерной геометрией требовалось несколько этапов сборки и выравнивания, жертвенное формование позволило быстро изготовить микроканалы в различных матрицах. Пресс-форма была полностью погружена в ЕСМ (желатин), отвержденный трансглутаминазой; герметизация, выравнивание или укладка не были необходимы при создании платформы для кровеносных сосудов и окружающих тканей.

«Поскольку форму из ПВА можно снять в воде, процесс изготовления был полностью завершен с использованием только воды. Это важно для обеспечения биосовместимости изготовленных микроканалов», — сказал Джейсон Го, доктор философии. научный сотрудник ГУТД.

«Жертвенное формование плавленым осаждением, моделирующее 3D-печатную форму, предлагает широкую свободу дизайна и позволяет изготавливать более физиологически соответствующую платформу», — добавил доцент Мичинао Хашимото из SUTD.

Эндотелиальные клетки человека легко культивировали на поверхности микроканала с образованием трубки, имитирующей кровеносные сосуды. Характерное поведение кровеносных сосудов, такое как пульсирующий поток, было успешно достигнуто в условиях перфузии и растяжения. Эта платформа кровеносных сосудов расширила спектр применимости существующих сосудистых моделей in vitro для исследования патологических состояний более физиологически значимым образом.

«Мы успешно продемонстрировали инженерам-заменителям кровеносных сосудов достаточную механическую прочность, чтобы выдерживать давление жидкости и растяжение, присутствующие в организме человека. Платформа будет полезна для понимания механизмов сосудистых заболеваний», — сказал Азуса Симидзу, ведущий автор и студент магистратуры и доцент Хироаки Оноэ из Кейо У, Япония.

Исследовательская работа была опубликована и заняла видное место на внутренней обложке журнала «Лаборатория на чипе», ведущего журнала, освещающего оригинальные работы, связанные с миниатюризацией ниже микромасштаба и на стыке технологических достижений и эффективных приложений. Адзуса Симидзу (Кейо Ю) сотрудничал с Джейсоном Го (SUTD) и Шуном Итаи (Кейо Ю). Среди других старших исследователей проекта — доктор Сигенори Миура из Токийского университета.