Naczynia krwionośne stanowią część układu krążenia i są niezbędne do transportowania krwi przez organizm. Wyróżniamy trzy główne rodzaje naczyń krwionośnych: tętnice, włośniczki i żyły. Mają one duże znaczenie praktycznie we wszystkich chorobach, nie tylko kardiologicznych, choć najbardziej “książkowy” przykład, czyli choroba niedokrwienna serca to najczęściej miażdżyca tętnic wieńcowych.
Czytaj też: Syntetyczne naczynia krwionośne z laboratorium? Nastąpił przełom, który to umożliwi
Naukowcy od dawna próbują uzyskać naczynia krwionośne za pomocą druku 3D, ale stosowane do tej pory żele przyjazne komórkom nie sprawdzają się w przypadku struktur, które muszą być wytrzymałe na wysokie ciśnienie i zginanie. Zespół uczonych z UMC Utrecht wpadł na pomysł jak rozwiązać ten problem – łącząc wolumetryczny biodruk 3D z elektroprzędzeniem ze stopionych prekursorów. Szczegóły opisane w czasopiśmie Advanced Materials dają nadzieję na przełom w medycynie regeneracyjnej.
Biodruk 3D coraz lepszy, ale jeszcze wiele mu brakuje
Druk wolumetryczny jest techniką użytą po raz pierwszy do biodruku w 2019 r. przez naukowców z Regenerative Medicine Center Utrecht (RMCU), która pozwala przetrwać komórkom cały proces. Ponieważ ten rodzaj druku odbywa się w “przyjaznych” dla komórek żelach, uzyskane struktury nie są zbyt solidne, co stanowi poważny problem dla naczyń krwionośnych, które muszą wytrzymać wysokie ciśnienie i być odporne na zginanie. I tu na scenę wkracza druga technika – elektroprzędzenie ze stopionych prekursorów.
Polega ona na bardzo precyzyjnym formowaniu wąskiego filamentu ze stopionego (biodegradowalnego) tworzywa sztucznego. W ten sposób można wytwarzać skomplikowane rusztowania, które nie dość, że są wytrzymałe mechanicznie, to i radzą sobie z licznymi naprężeniami. Wadą tej techniki jest to, że nie można jej wykorzystać do bezpośredniej interakcji z komórkami (ze względu na wysokie temperatury).
Czytaj też: Jak naczynia krwionośne pamiętają o udarze mózgu
Aby uzyskać funkcjonalne komórki krwi, naukowcy stworzyli rusztowanie za pomocą elektroprzędzenia ze stopionych prekursorów i zanurzyli je w fiolce z fotoaktywnym żelem, a następnie umieścili w wolumetrycznej biodrukarce.
Gabriël Größbacher z UMC Utrecht mówi:
Aby zrobić to dobrze, musieliśmy umieścić rusztowanie dokładnie na środku fiolki. Każde odchylenie od środka oznaczałoby, że wydruk wolumetryczny byłby przesunięty. Udało nam się jednak idealnie wyśrodkować, drukując rusztowanie na trzpieniu, który przymocowaliśmy do fiolki.
Naukowcy przetestowali różne grubości rusztowania, co zaowocowało mniej lub bardziej wytrzymałymi rurkami. Wreszcie, przetestowali również różne miejsca umieszczenia biodrukowanych żeli: po wewnętrznej stronie rusztowania, wewnątrz samego rusztowania lub na zewnątrz. Metodą prób i błędów udało się wydrukować podstawowe naczynie krwionośne z dwiema warstwami komórek macierzystych wysianymi komórkami nabłonkowymi i pokrywającymi światło naczynia. Najbardziej imponujące jest to, że dzięki połączeniu obu technik udało się wykonać otwory z boku konstruktów, dając możliwość kontrolowanej przepuszczalności, aby krew spełniała swoją funkcję.
Ale to dopiero początek przełomowych badań. Przed naukowcami jeszcze długa droga, co podkreśla też dr Gabriël Größbacher:
To było badanie potwierdzające zasadę. Teraz musimy zastąpić komórki macierzyste funkcjonalnymi komórkami, które są częścią prawdziwego naczynia krwionośnego. Oznacza to dodanie komórek mięśniowych i tkanki włóknistej wokół komórek nabłonkowych. Naszym celem jest teraz wydrukowanie funkcjonalnego naczynia krwionośnego.