由副教授 Akhilesh Gaharwar 博士和助理教授 Abhishek Jain 博士共同領(lǐng)導(dǎo)的生物醫(yī)學(xué)工程系的一個(gè)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)模擬血管健康和疾病狀態(tài)的 3D 生物打印模型，從而為以更好的精度實(shí)現(xiàn)可能的心血管藥物進(jìn)展的方法。
動(dòng)脈瘤、外周動(dòng)脈疾病和血管內(nèi)凝塊等血管疾病占全球死亡人數(shù)的 31%。盡管有這種臨床負(fù)擔(dān)，但心血管藥物的進(jìn)步在過(guò)去 20 年中已經(jīng)放緩。心血管治療開(kāi)發(fā)的減少歸因于將可能的治療方法轉(zhuǎn)化為批準(zhǔn)的方法缺乏效率，特別是由于在體外進(jìn)行的研究與體內(nèi)進(jìn)行的研究之間存在差異。
該團(tuán)隊(duì)在德克薩斯 A&M 大學(xué)的研究旨在通過(guò)將 3D 生物打印導(dǎo)向血管醫(yī)學(xué)來(lái)重塑當(dāng)前的方法，以最大限度地減少這種差距并提高這些技術(shù)的可譯性。Gaharwar 是一位生物材料專家，開(kāi)發(fā)了新型生物墨水，可提供前所未有的生物相容性和對(duì)打印血管所需的機(jī)械性能的控制，而 Jain 的專長(zhǎng)在于創(chuàng)建血管和血液疾病的體外仿生模型。這個(gè)跨學(xué)科的合作項(xiàng)目最近發(fā)表在Advanced Healthcare Materials雜志上 。
3D 生物打印是一種先進(jìn)的制造技術(shù)，能夠以嵌入細(xì)胞的逐層方式生產(chǎn)獨(dú)特的組織形狀構(gòu)造，使這種排列更有可能反映血管結(jié)構(gòu)的天然多細(xì)胞構(gòu)成。引入了一系列水凝膠生物墨水來(lái)設(shè)計(jì)這些結(jié)構(gòu);然而，可以模擬天然組織血管組成的可用生物墨水存在局限性。當(dāng)前的生物墨水缺乏高可印刷性，無(wú)法將高密度的活細(xì)胞沉積到復(fù)雜的 3D 結(jié)構(gòu)中，從而降低了它們的效率。
為了克服這些缺點(diǎn)，Gaharwar 和 Jain 開(kāi)發(fā)了一種新的納米工程生物墨水來(lái)打印 3D、解剖學(xué)上準(zhǔn)確的多細(xì)胞血管。他們的方法為宏觀結(jié)構(gòu)和組織級(jí)微觀結(jié)構(gòu)提供了改進(jìn)的實(shí)時(shí)分辨率，這是目前可用生物墨水無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
“這種納米工程生物墨水的一個(gè)非常獨(dú)特的特性是，無(wú)論細(xì)胞密度如何，它都表現(xiàn)出高可印刷性和保護(hù)封裝細(xì)胞免受生物打印過(guò)程中高剪切力的能力，”Gaharwar 說(shuō)。“值得注意的是，3D 生物打印細(xì)胞保持健康的表型，并在制造后近一個(gè)月內(nèi)保持活力。”
利用這些獨(dú)特的特性，納米工程生物墨水被打印到 3D 圓柱形血管中，由內(nèi)皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞的活共培養(yǎng)物組成，這為研究人員提供了模擬血管功能和疾病影響的機(jī)會(huì)。
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