Kunstige organtransplantationer er blevet holdt tilbage af vanskeligheden ved at fremstille netværk af blodkar – et problemforskere tager nu skridt til at overvinde
Et blodkarnetværk designet af en beregningsmodel
En beregningsmodel, der hurtigt kunne designe et blodkarnetværk til ethvert 3D-trykt organ, kan tage os et skridt tættere på at transplantere kunstige lever, nyrer eller hjerter uden behov for en donor.
Mennesker med organfejl kræver ofte organtransplantationer, men kun 10 procent af den globale transplantationsefterspørgsel imødekommes. For at udfylde dette behov udvikler forskere måder til 3D-print organer i laboratoriet. Men disse kræver, at blodfartøjsnetværk forbliver i live, og eksisterende eksperimentelle metoder til design af disse tage dage eller endda uger.
For at tackle dette byggede Alison Marsden ved Stanford University i Californien og hendes kolleger en beregningsmodel, der kan designe disse netværk til ethvert organ baseret på en matematisk lov, der beskriver, hvordan blodkargrener grenes til mindre i kroppen.
De testede deres tilgang ved at have modellen design et netværk på 25 fartøjer til en 1-centimetre-bred ringformet struktur, der var blevet 3D-trykt fra nyreceller, hvilket det gjorde på få minutter.
Holdet udskrev derefter fartøjsnetværket i ringen ved hjælp af kolde gelatinpartikler, før det opvarmede til 37 ° C (98,6 ° F), som smeltede gelatinen og efterlod et netværk af hul, 1 millimeter brede kanaler, der efterlignede blodkar. Forskerne pumpede derefter kontinuerligt en væske indeholdende ilt og næringsstoffer gennem kanalerne for at simulere normal blodgennemstrømning.
En uge senere var der omkring 400 gange mere levende celler i ringen sammenlignet med en identisk ring af nyreceller uden skibe, som holdet også havde badet i den blodlignende væske.
”Vi kunne holde cellerne i live, der var i nærheden af skibene,” siger Marsden. De, der var længere væk, døde, fordi det endnu ikke er muligt at udskrive de mindre, mere højt forgrenede fartøjer, der er nødvendige for at levere næringsstoffer til disse regioner, siger hun. Holdet undersøger måder at tackle dette på.
”De skubber bestemt grænsen for, hvad der er muligt,” siger Hugues Talbot ved Paris-Saclay University i Frankrig. Fremgangsmåden kunne en dag give forskere mulighed for at designe skibsnetværket til et organ i fuld størrelse på timer snarere end dage eller uger, siger han. “Fartøj (netværk) designet på denne måde kunne bruges i fremtiden til at erstatte eller i det mindste supplere organer, der kunne dyrkes i laboratoriet.”
For det første er forskerne nødt til at udvikle måder at udskrive disse blodfartøjsnetværk i store organer. Hvis alt går godt, siger Marsden, at de håber at teste 3D-trykte organer hos svin inden for cirka fem år.