Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса , Университета Дьюка и Texas A&M успешно создали биопечать первой в истории аневризмы, способной существовать вне человеческого тела.

Команда под руководством LLNL создала свою аневризму путем 3D-печати кровеносных сосудов из клеток головного мозга человека и решила провести на ней медицинскую процедуру, чтобы посмотреть, как она заживет. По словам исследователей, их результаты могут быть объединены с методами компьютерного моделирования для разработки индивидуальных методов лечения церебральных чрезвычайных ситуаций, полностью основанных на геометрии кровеносных сосудов человека.

«Наличие этой надежной платформы для тестирования in vitro на людях может помочь в разработке новых методов лечения», — сказала Моника Мойя, главный исследователь проекта. «Если мы сможем воспроизводить аневризмы столько, сколько нам нужно с помощью этих устройств, мы сможем ускорить внедрение некоторых из этих продуктов в клинику».

«Хотя есть много многообещающих вариантов лечения, некоторым еще предстоит пройти долгий путь».

llnl researchers 3d print first ever living aneurysm to develop personalized treatmentsnbsp 3d printing industry a36bfa2

Команда под руководством LLNL считает, что их аневризма, напечатанная на 3D-принтере, является первой, способной жить вне человеческого тела. Изображение предоставлено LLNL.

Разработка нового аддитивного лечения аневризм

Аневризмы — это, по сути, неотложная медицинская помощь, при которой артериальные кровеносные сосуды человека начинают «раздуваться» в головном мозге, вызывая субарахноидальное кровоизлияние (САК). Это состояние вызвано ненормальным генетическим ослаблением кровеносного сосуда, которым страдает примерно один из пятидесяти американцев, и оно может привести к серьезному повреждению мозга или даже смерти, если этот «воздушный шар» лопнет.

Хирургическое клипирование — это стандартное лечение аневризм, при котором вокруг пораженного участка накладывается зажим, чтобы изолировать его от основного кровотока, но процедура является высокоинвазивной. В случаях, когда выпуклость происходит в недоступной области мозга, эндоваскулярное лечение с использованием платиновых спиралей становится все более популярной альтернативой.

Упаковка этих спиралей в аневризму позволяет сформировать сгусток крови, что предотвращает дальнейшее повреждение, а в некоторых случаях процедура даже приводит к повторному росту клеток. Спиральные препараты не только менее инвазивны, но и дешевле, предлагают более короткое время восстановления и вызывают меньше осложнений, чем традиционные хирургические методы клипирования.

Успех платиновых катушек побудил различных ученых попытаться их оптимизировать, но до сих пор оказалось трудно предсказать результаты для новых устройств. В предыдущих исследованиях моделировалось действие спиралей на аневризмы общей формы или на животных моделях, но перекрестная совместимость методов лечения не доказана.

«Модели на животных не обязательно лучший способ опробовать эти варианты», — поясняет Мойя. «У них отсутствует прямое наблюдение за лечебными эффектами и неконтролируемая геометрия аневризмы».

llnl researchers 3d print first ever living aneurysm to develop personalized treatmentsnbsp 3d printing industry 05611ca

«Купол» аневризмы исследователей (на фото) был создан с использованием эндотелиальных клеток, чтобы скопировать те, что обнаружены в человеческом мозге. Изображение из журнала Biofabrication.

3D аневризма с биопечатью под руководством LLNL

Чтобы эффективно контролировать заживляющие эффекты спиральных эндоваскулярных устройств, команда предложила вместо этого протестировать их на биопринтированных моделях, сделанных из клеток человека. Более того, если бы эти аневризмы были созданы, чтобы быть идентичными компьютерной модели, исследователи полагали, что их можно было бы проверить более точно и легко, чем это возможно в настоящее время.

«Мы думали, что, если мы сможем объединить вычислительное моделирование и экспериментальные подходы, возможно, мы сможем придумать более детерминированный метод», — сказал Уильям Хайнс, руководивший проектом в течение первого года. «Теперь мы можем приступить к построению структуры персонализированной модели, которую мог бы использовать практикующий хирург».

Команда LLNL напечатала на 3D-принтере кровеносные сосуды своей аддитивной аневризмы, используя жертвенные биочернила, сделанные из сополимера полоксамера 407, и окружила их гидрогелем на основе белка в форме купола. После печати система была охлаждена до 4 o C, позволяя чернилам раствориться, оставив после себя сосудистую структуру команды.

«Это идеальная платформа, потому что мы можем проводить такие измерения расхода, которые было бы невероятно сложно сделать, если бы вы делали это на животном».

Затем были введены клетки головного мозга человека, чтобы «покрыть» модель, и они культивировались в течение девяти дней, чтобы позволить сосудам и аневризме расти. Затем исследователи развернули две катушки, используя технику введения микрокатетера, поместив кончик устройства на шейку аневризмы и активировав его с помощью электролитической толкающей проволоки.

Используя подход, основанный на микроскопии, команда смогла наблюдать за процедурой в режиме реального времени и отметила, что эндотелий начал заживать вскоре после тестов. В будущем исследователи полагают, что их подход к 3D-печати может быть объединен с компьютерным моделированием, что позволит хирургам выполнять «пробные запуски» перед операцией на реальном пациенте.

«Интересно то, что эта платформа имитирует эластичность кровеносных сосудов и механическую жесткость тканей мозга», — заключил Мойя. «Это делает его идеальным для использования в качестве учебной платформы для хирургов или в качестве системы тестирования устройств для эмболизации in vitro».

Улучшение мозгового понимания с помощью 3D-печати

Мозг — это самый сложный орган в организме человека, и лечение церебральных заболеваний остается сложной задачей, но недавние достижения в области биопечати все чаще дают представление о более эффективных методах лечения.

Команда исследователей из Университета Цинхуа имеют 3D bioprinted мозга, как тканевые структуры, которые способны воспитывать нервные клетки. Церебральные сети были успешно интегрированы в мозг лабораторной крысы и показали большой потенциал в качестве средства тестирования лекарств.

Кроме того , ученые из Оксфордского университета и Китайского университета Гонконга, создали новый метод bioprinting, что позволило им лучше понять , как развивается человеческий мозг. Новый процесс команды позволил им распечатать на 3D-принтере корковые клетки человека в мягкий, биосовместимый матригель внеклеточного матрикса как в естественном, так и в неестественном дизайне клеток.

В другом месте исследователи из больницы Сеульского национального университета и Университета науки и технологий Пхохана сделали биопечать устройства «глиобластома-на-чипе», чтобы лучше понять раковые клетки. Клеточные приспособления команды позволили им создать прогностическую модель для определения эффективности определенных препаратов от глиобластомы.

Результаты исследователей подробно описаны в их статье под названием « Трехмерная биопечать структуры ткани, несущей аневризмы, для эндоваскулярного развертывания спиралей эмболизации ». Авторы исследования: Линди К. Джанг, Хавьер А. Альварадо, Марианна Пепона, Элиза М. Уоссон, Лэндон Д. Нэш, Джейсон М. Ортега, Аманда Рэндлс, Дункан Дж. Мейтленд, Моника Л. Мойя и Уильям Ф. Хайнс.

Чтобы быть в курсе последних новостей о 3D-печати, не забудьте подписаться на информационный бюллетень индустрии 3D-печати, подписаться на нас в Twitter или поставить лайк на нашей странице в Facebook .

Ищете новый подкаст? Обязательно подпишитесь на подкаст Another Dimension в выбранном вами проигрывателе подкастов, чтобы не пропустить ни одной серии.

Вы ищете работу в индустрии аддитивного производства? Посетите раздел «Работа в 3D-печати», чтобы узнать о вакансиях в отрасли.

На представленном изображении показана 3D-печать аневризмы команды под руководством LLNL. Изображение через LLNL.

Теги Китайский университет Гонконга Университет Дьюка Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса Моника Мойя Оксфордский университет Пхоханский университет науки и технологий Больница Сеульского национального университета Техасский университет A&M Университет Цинхуа Уильям Хайнсllnl researchers 3d print first ever living aneurysm to develop personalized treatmentsnbsp 3d printing industry 9d097d2

Пол Ханафи

Пол — выпускник факультета истории и журналистики со страстью к поиску последних новостей в сфере технологий.


Источник