Phone

Chcete 3D vytlačiť obličku? Začnite tým, že budete myslieť v malom

Chcete 3D vytlačiť obličku?  Začnite tým, že budete myslieť v malom
Written by pocox3

Vous voulez imprimer un rein en 3D ?  Commencez par penser petit

Schematický návrh mikrofluidnej tlačovej hlavy a digitálne modelované parametre. (a) Schematický obrázok systému na výrobu dutých mikrovlákien pomocou mikrofluidného kanála, (b) Schematický obrázok systému na výrobu pevných mikrovlákien pomocou mikrofluidného kanála. d–i) rýchlostné pole, tlakové pole a pole šmykovej rýchlosti v mikrofluidných kanáloch zabudovaných v systéme tlačovej hlavy, d) rýchlostné pole toku tuhého mikrovlákna, e) tlakové pole pevného mikrovlákna, f) pole šmykovej rýchlosti plné mikrovlákno, (g) pole rýchlosti prúdenia dutého mikrovlákna, (h) tlakové pole dutého mikrovlákna, (i) pole rýchlosti šmyku dutého mikrovlákna. Kredit: Vedecké správy (2022). DOI: 10.1038/s41598-022-07392-0

Transplantácie ľudských orgánov predstavujú kľúčovú záchrannú linku pre ľudí s vážnymi chorobami, no orgánov je pre každého príliš málo: len v Spojených štátoch v súčasnosti čaká na transplantáciu viac ako 112 000 ľudí. Prísľub orgánov 3D tlače je možným riešením tohto nedostatku, ale narazil na technickú zložitosť a prekážky, ktoré obmedzujú typ orgánov, ktoré je možné vytlačiť. Výskumníci zo Stevensovho technologického inštitútu teraz posúvajú tieto bariéry späť pomocou desiatky rokov starej techniky na replikáciu akéhokoľvek typu tkaniva.

Práca pod vedením Roberta Changa, docenta na Katedre strojného inžinierstva na Stevens’ Schaefer School of Engineering & Science, by mohla kedykoľvek pripraviť pôdu pre 3D tlač akéhokoľvek typu orgánu, dokonca aj kože priamo na otvorenú ranu.

„Vytváranie nových orgánov na príkaz a záchrana životov bez potreby ľudského darcu bude pre zdravotnú starostlivosť obrovským prínosom,“ povedal Robert Chang, ktorého práca sa objavuje v aprílovom čísle Vedecké správy. „Dosiahnutie tohto cieľa je však zložité, pretože tlač orgánov pomocou „bioatramentov“ – hydrogélov naplnených kultivovanými bunkami – vyžaduje určitý stupeň presnej kontroly nad geometriou a veľkosťou vytlačeného mikrovlákna, ktorý dnešné 3D tlačiarne jednoducho nedokážu dosiahnuť. “

Chang a jeho tím, vrátane prvého autora a doktorandky Ahmadrezy Zaei v Changovom laboratóriu, dúfajú, že to zmenia urýchlením nového procesu 3D tlače, ktorý využíva mikrofluidiku – presnú manipuláciu s kvapalinami cez malé kanály – na prácu v oveľa menšom meradle. než bolo možné. “Nedávna publikácia má za cieľ zlepšiť ovládateľnosť a predvídateľnosť štruktúry mikrotkanín a mikrovlákien vyrobených pomocou technológie mikrofluidnej biotlače,” povedal Zaeri.

Väčšina súčasných 3D biotlačiarní je založená na extrúzii, striekanie biologického atramentu z dýzy na vytvorenie štruktúr okolo 200 mikrónov alebo asi desatiny šírky vlákna špagiet. Tlačiareň založená na mikrofluidike by mohla tlačiť biologické objekty s rozmermi rádovo v desiatkach mikrometrov, čo je rovnocenné s jednobunkovou stupnicou.

“Mierka je veľmi dôležitá, pretože ovplyvňuje biológiu orgánu,” povedal Chang. “Pôsobíme v rozsahu ľudských buniek, čo nám umožňuje vtlačiť štruktúry, ktoré napodobňujú biologické vlastnosti, ktoré sa snažíme replikovať.”

Okrem toho, že mikrofluidika funguje v menšom meradle, umožňuje zameniteľné použitie viacerých bioatramentov, z ktorých každý obsahuje rôzne bunkové a tkanivové prekurzory, v jednej vytlačenej štruktúre, podobne ako bežná tlačiareň kombinuje farebné atramenty do jedného živého obrazu. .

Je to dôležité, pretože zatiaľ čo výskumníci už vytvorili jednoduché orgány, ako sú močové mechúre, podporou rastu tkaniva na 3D tlačených lešeniach, zložitejšie orgány, ako sú pečeň a obličky, vyžadujú presnú kombináciu mnohých rôznych typov buniek. „Schopnosť fungovať v tomto rozsahu a zároveň presne miešať bioatramenty nám umožňuje replikovať akýkoľvek typ tkaniva,“ povedal Chang.

Zníženie 3D biotlače si vyžaduje starostlivý výskum, aby sa presne určilo, ako rôzne parametre procesu, ako sú kanálové štruktúry, rýchlosť prúdenia a dynamika tekutín, ovplyvňujú geometrie a materiálové vlastnosti tlačených biologických štruktúr. Na zefektívnenie tohto procesu Changov tím vytvoril počítačový model mikrofluidnej tlačovej hlavy, ktorý im umožňuje meniť nastavenia a predpovedať výsledky bez nutnosti prácneho experimentovania v reálnom svete.

“Náš výpočtový model podporuje extrakciu vzorca, ktorý možno použiť na predpovedanie rôznych geometrických parametrov vyrobených štruktúr vytlačených z mikrofluidných kanálov, ” povedal Zaeri.

Počítačové modely tímu presne predpovedali výsledky mikrofluidných experimentov v reálnom svete a Chang používa svoj model na usmernenie experimentov o tom, ako možno vytlačiť biologické štruktúry s rôznymi geometriami. Výsledky tejto výskumnej práce možno použiť pri tlači biologických atramentov kombinovaných s viacerými typmi buniek, ktoré dokážu replikovať tkanivo s gradientmi geometrických vlastností a zložením nachádzajúcim sa na priesečníku kostí a svalov.

Chang tiež skúma využitie mikrofluidnej 3D tlače na vytvorenie kože a iného tkaniva in situ, čo umožňuje pacientom nechať si vytlačiť náhradné tkanivo priamo do rany. “Táto technológia je stále taká nová, že presne nevieme, čo umožní,” povedal. “Ale vieme, že to otvorí dvere k vytvoreniu dôležitých nových štruktúr a nových typov biológie.”


Výskumníci 3D tlačia unikátne tekutinové kanály v mikromeradle používané na lekárske testovanie


Viac informácií:
Ahmadreza Zaeri a kol., Numerická analýza účinkov parametrov mikrofluidnej biotlače na geometrické výsledky mikrovlákien, Vedecké správy (2022). DOI: 10.1038/s41598-022-07392-0

Poskytuje Stevens Institute of Technology

Citovať: Chcete 3D vytlačiť obličku? Start Thinking Small (13. apríla 2022) získané 15. apríla 2022 z https://medicalxpress.com/news/2022-04-3d-kidney-small.html

Tento dokument podlieha autorským právam. S výnimkou čestného použitia na účely súkromného štúdia alebo výskumu sa žiadna časť nesmie reprodukovať bez písomného súhlasu. Obsah je poskytovaný len pre informáciu.

About the author

pocox3

poco lofya max founder of swahli afya and creater content I am from kenya in the north to the southern border of Tanzania in the south. kiSwahili or Kiswahili

Leave a Comment