4D-печать для искусственных кровеносных сосудов

3D‑печать похожа на строительство замка из песка — добавление материала слой за слоем, пока ваш цифровой чертеж не превратится в физический объект. Хотя это позволяет точно проектировать, статичная природа создаваемых объектов делает его плохим выбором для таких применений, как каркасы, которые могут поддерживать рост, организацию и функционирование клеток и тканей. 4D‑печать решает эту проблему, добавляя четвертое измерение в процесс проектирования: время. В 4D‑печати используются специальные материалы, которые могут менять свою структуру под воздействием таких стимулов, как тепло, свет или химикаты.

Исследователи из кафедр материаловедения и биоинженерии под руководством Каушика Чаттерджи и Амита Наина вместе со своими коллегами применили эту технику для создания искусственных кровеносных сосудов, которые очень похожи на настоящие.

Их можно использовать в качестве трансплантатов (заменителей) для заблокированных, травмированных или поврежденных кровеносных сосудов.

Группа разработала специальные наноинженерные гидрогелевые чернила, которые сначала печатаются в листы. Эти плоские листы, напечатанные на 3D‑принтере, самостоятельно складываются в трубчатые структуры при погружении в раствор хлорида кальция. Команда покрыла поверхность сосудов желатином, чтобы позволить клеткам прилипать к нему. Гелевая формула была химически модифицирована перед 3D‑печатью, чтобы придать напечатанным структурам антиоксидантные и противовоспалительные свойства, а также очень низкий потенциал свертывания и значительную биосовместимость.

Кроме того, команда создала вычислительную модель, которая предсказывает деформации формы для конструкций, подготовленных с использованием наноинженерных гидрогелевых формул. Они использовали подход на основе предиктивного моделирования, чтобы оценить, как различные конструкции могут привести к трубкам разной формы, таким как раздвоенные сосуды, наблюдаемые внутри человеческого тела.

Текущие трансплантаты требуют дополнительных операций, несут в себе риски отторжения и передачи болезней, а также склонны к образованию тромбов и другим осложнениям. Полученные при помощи технологии 4D‑печати искусственные кровеносные сосуды являются шагом вперед в решении этих проблем.

Результаты исследования опубликованы в Journal of Materials Chemistry B (2024)

На изображении: Каушик Чаттерджи (слева) и Амит Найн (справа)

Источник