Jak narządy wydrukowane w 3D mogą uratować życie pacjentów po przeszczepach

• Globalny niedobór narządów oznacza, że ​​wielu pacjentów umiera, zanim dostępne są przeszczepy.
• Powstająca dziedzina zwana inżynierią tkankową zajmuje się produkcją sztucznych tkanek i substytutów narządów jako trwałych rozwiązań uszkodzeń narządów.
• Badacze inżynierii biomedycznej opracowują trójwymiarowe tymczasowe struktury narządów zwane rusztowaniami.
• Mogą one pomóc w regeneracji uszkodzonych tkanek i potencjalnie prowadzić do tworzenia sztucznych narządów.

Inżynieria tkankowa to wschodząca dziedzina, która zajmuje się produkcją sztucznych tkanek i substytutów narządów jako trwałych rozwiązań zastępujących lub naprawczych uszkodzeń.

Jako badacze inżynierii biomedycznej opracowujemy trójwymiarowe tymczasowe struktury narządów - zwane rusztowaniami - które mogą pomóc w regeneracji uszkodzonych tkanek i potencjalnie prowadzić do tworzenia sztucznych narządów. Tkanki te można również wykorzystać w różnych zastosowaniach inżynierii tkankowej, w tym w naprawie nerwów w strukturach zbudowanych z biomateriałów.

Tkanina drukarska

Około 22,6 miliona pacjentów rocznie wymaga interwencji neurochirurgicznych na całym świecie w celu leczenia uszkodzeń obwodowego układu nerwowego. Szkody te są głównie spowodowane traumatycznymi wydarzeniami, takimi jak wypadki samochodowe, przemoc, obrażenia w miejscu pracy lub trudne porody. Przewiduje się, że koszt globalnej naprawy i regeneracji nerwów osiągnie ponad 400 milionów dolarów do 2025 roku .

Obecne techniki chirurgiczne pozwalają chirurgom wyrównać końce nerwów i pobudzić ich wzrost. Jednak powrót do zdrowia w uszkodzonym układzie nerwowym nie jest gwarantowany, a powrót funkcji prawie nigdy nie jest całkowity.

Badania na zwierzętach na szczurach wykazały, że jeśli uraz niszczy więcej niż dwa centymetry nerwów , szczeliny nie można odpowiednio wypełnić i może spowodować utratę funkcji mięśni lub czucia. W tym stanie ważne jest, aby użyć rusztowania, aby połączyć dwie strony uszkodzonego nerwu, szczególnie w przypadku dużych urazów nerwu.

Biodruk 3D drukuje struktury 3D warstwa po warstwie , podobnie do drukarek 3D. Korzystając z tej techniki, nasz zespół badawczy stworzył porowatą strukturę składającą się z komórek nerwowych pacjenta i biomateriału do mostkowania uszkodzonego nerwu. Użyliśmy alginatu - pochodzącego z alg - ponieważ organizm człowieka go nie odrzuca.

Chociaż ta technika nie została jeszcze przetestowana na ludziach, po udoskonaleniu może pomóc pacjentom oczekującym na tkanki i narządy.

Materialne wyzwania

Alginat to trudny materiał do pracy, ponieważ łatwo zapada się podczas drukowania 3D. Nasze badania koncentrują się na opracowywaniu nowych technik poprawiających ich drukowność.

W przypadku naprawy nerwów alginian ma korzystne właściwości dla wzrostu i funkcji żywych komórek, ale jego słaba drukowność 3D znacznie ogranicza jego wytwarzanie. Oznacza to, że alginian łatwo przepływa podczas procesu drukowania, co powoduje zapadnięcie się struktury. Opracowaliśmy metodę produkcji, w której komórki są zawarte w porowatej strukturze alginianu, która jest tworzona za pomocą drukarki 3D.

W poprzednich badaniach wykorzystano techniki formowania do stworzenia masowego alginianu bez porowatej struktury, aby poprawić regenerację nerwów; komórki nie lubią tak solidnego środowiska . Jednak drukowanie 3D porowatej struktury alginianu jest trudne i często niemożliwe.

Nasze badania rozwiązują ten problem, drukując porowatą strukturę wykonaną z alginianu warstwa po warstwie zamiast formowanego luzem algiante; Taka struktura ma połączone pory i zapewnia przyjazne dla komórek środowisko. Komórki mogą łatwo komunikować się ze sobą i rozpocząć regenerację, podczas gdy alginian wydrukowany w 3D zapewnia im tymczasowe wsparcie.

Naukowcy dążą do wdrożenia drukowanych w 3D struktur dla pacjentów, którzy cierpią z powodu urazów nerwów, a także innych urazów.

Po wszczepieniu pacjentowi wytworzonej struktury alginianowej, głównym pytaniem jest, czy ma on wystarczającą stabilność mechaniczną, aby tolerować siły wywierane przez tkanki w organizmie. Opracowaliśmy nowatorski model numeryczny do przewidywania mechanicznego zachowania struktur alginianowych.

Nasze badania pomogą zrozumieć odpowiedź komórkową, która jest głównym czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę przy ocenie sukcesu struktur alginianowych.