Hibridni bioprinter ustvarja kapilarne mreže, ki so manjše od 10 mikrometrov

Inovacija, ki jo je dosegel Yanliang Zhang, profesor naprednih materialov in proizvodnje na Univerzi Notre Dame, je pomemben mejnik v prizadevanju za razvoj popolnoma funkcionalnih laboratorijskih organov. Raziskava je bila objavljena v Nature Chemical Engineering in prikazuje novo integracijo 3D tiskarskih tehnik v kombinaciji z algoritmi strojnega učenja za dosego brez primere natančnosti v replikaciji vaskularne strukture.

Trenutno več kot 100.000 posameznikov v Združenih državah čaka na presaditev organov, novi kandidati pa se dodajo na čakalni seznam vsakih deset minut. Kljub uspešnim presaditvam se prejemniki srečujejo z življenjskimi izzivi, vključno z potrebo po imunosupresivnih zdravilih, ki povečujejo tveganje za okužbo in stalno grožnjo zavrnitve organov.

Kapillarije, najmanjše in najštevilčnejše krvne žile, igrajo ključno vlogo pri ohranjanju življenjske sposobnosti inženirskih tkiv. Njihova sposobnost, da vsakemu celici dostavljajo snovi, ki vzdržujejo življenje, jih naredi za nepogrešljive, vendar znane izzive, ki jih je težko kopirati v laboratorijskih okoljih. Tradicionalne metode bioprintinga se borijo za proizvodnjo kapillarij, ki so manjše od 10 mikrometrov, ki so bistveno tanjše od človeškega lasja. Ta omejitev je ovirala napredek pri ustvarjanju kompleksnih, popolnoma funkcionalnih organov.

Proces se začne z ekstrudiranjem mehkega, gelovskega skela, ki je zasnovan tako, da posnema mehanske lastnosti domačega tkiva.

Z manipuliranjem pretoka črnila in okoliških plinov lahko raziskovalci dinamično prilagodijo dimenzije natisnjenih kanalov, s čimer dosežejo ločljivost od več sto mikrometrov do le nekaj mikrometrov. Ta raven nadzora omogoča proizvodnjo žilnih struktur, ki so zelo podobne tiskanim v naravnih bioloških sistemih.

Ta integracija znatno zmanjša fazo preskušanja in napake, ki je običajno povezana z bioprintingom, kar omogoča hitrejše in doslednejše rezultate. Rezultatne žilne mreže, sestavljene iz enodimenzionalnih, dvodimenzionalnih in tridimenzionalnih konfiguracij, so bile uspešno obložene z živimi celicami, kar kaže na njihov potencial za integracijo v večje strukture tkiv. Uspeh te metode predstavlja velik korak naprej na področju regenerativne medicine, s čimer se znanstveniki približajo cilju ustvarjanja življenjskih, presadljivih organov v laboratoriju.

Medtem ko se raziskave nadaljujejo, se bo poudarek verjetno preusmeril v širitev tehnologije in preizkušanje njene učinkovitosti na bolj zapletenih modelih tkiv. Z nadaljnjim izpopolnjevanjem bi ta hibridna tehnika bioprintinga lahko revolucionirala presaditev organov, saj bi ponudila trajnostno alternativo postopkom, ki temeljijo na darovalcih.