Разработанная вычислительная модель позволяет быстро проектировать сосудистую сеть, необходимую для 3D-печати любого органа, что приближает перспективу замены донорских органов (печени, почек, сердца) искусственно созданными.

Ввиду того, что потребность в трансплантации органов значительно превышает количество доступных донорских органов, ученые активно разрабатывают технологии 3D-печати органов в лабораторных условиях. Ключевым элементом таких органов является развитая сеть кровеносных сосудов, обеспечивающая их жизнеспособность. Однако, существующие методы проектирования таких сетей весьма трудоемки и занимают от нескольких дней до недель.

Для решения этой проблемы, группа биоинженеров разработала вычислительную модель, способную быстро генерировать проекты сосудистых сетей для различных органов, основываясь на математическом принципе, описывающем ветвление сосудов до капиллярного уровня.

Эффективность подхода была продемонстрирована на примере проектирования сети из 25 сосудов для кольцевой структуры, изготовленной из клеток почки. Модель справилась с задачей всего за несколько минут.

Созданная модель сосудистой сети была внедрена в кольцо с использованием частиц замороженного желатина. После нагревания до 37 °C, желатин растаял, сформировав сеть полых каналов диаметром 1 мм, имитирующих кровеносные сосуды. Через эти каналы была пропущена жидкость, содержащая кислород и питательные вещества, для имитации кровотока.

Спустя неделю было отмечено 400-кратное увеличение количества живых клеток в кольце с сосудистой сетью по сравнению с аналогичной структурой без сосудов, погруженной в питательную среду.

По словам профессора Элисон Марсден из Стэнфордского университета, удалось обеспечить поддержание жизнеспособности клеток, расположенных вблизи сосудов.

Клетки, расположенные дальше от сосудов, погибли из-за невозможности печати более мелких и разветвленных сосудов, необходимых для их питания. Исследователи работают над решением этой проблемы.

По словам исследователей, в будущем этот подход позволит проектировать сосудистые сети для полноразмерных органов за несколько часов, а не дней: "Сосудистые сети, спроектированные таким образом, в будущем смогут заменить или хотя бы дополнить органы, выращенные в лаборатории".

В перспективе, исследователям предстоит разработать методы печати подобных сосудистых сетей для крупных органов. Марсден предполагает, что при благоприятном развитии событий, тестирование напечатанных на 3D-принтере органов на свиньях может начаться уже через пять лет.

Источник