Le sucre en poudre est l’ingrĂ©dient spĂ©cial d’une recette de la Rice University pour imiter les vaisseaux sanguins complexes et ramifiĂ©s du corps dans les tissus cultivĂ©s en laboratoire.

Dans une recherche publiĂ©e aujourd’hui dans la revue Character Biomedical Engineering, les bio-ingĂ©nieurs de Rice ont montrĂ© qu’ils pouvaient garder des cellules densĂ©ment emballĂ©es vivantes pendant deux semaines dans des constructions relativement grandes en crĂ©ant des rĂ©seaux de vaisseaux sanguins complexes Ă  partir de modĂšles de sucre imprimĂ©s en 3D.

Les réseaux de sucre complexes se dissolvent pour créer des voies pour le sang dans les tissus cultivés en laboratoire

« L’un des plus grands hurdles Ă  l’ingĂ©nierie de tissus cliniquement pertinents est de conditionner une grande structure tissulaire avec des centaines de thousands and thousands de cellules vivantes », a dĂ©clarĂ© l’auteur principal de l’Ă©tude Ian Kinstlinger, Ă©tudiant diplĂŽmĂ© en bio-ingĂ©nierie Ă  la Brown College of Engineering de Rice. « Fournir suffisamment d’oxygĂšne et de nutriments Ă  toutes les cellules de ce grand volume de tissu devient un dĂ©fi monumental. »

Kinstlinger explique que la nature a rĂ©solu ce problĂšme grĂące Ă  l’Ă©volution de rĂ©seaux vasculaires complexes, qui se faufilent Ă  travers nos tissus et organes dans des motifs qui rappellent les branches des arbres. Les vaisseaux deviennent simultanĂ©ment furthermore petits en Ă©paisseur mais furthermore en nombre lorsqu’ils s’Ă©loignent d’un tronc central, permettant Ă  l’oxygĂšne et aux nutriments d’ĂȘtre efficacement dĂ©livrĂ©s aux cellules de tout le corps.

« En dĂ©veloppant de nouvelles systems et de nouveaux matĂ©riaux pour imiter les rĂ©seaux vasculaires naturels, nous nous rapprochons du place de pouvoir fournir de l’oxygĂšne et des nutriments Ă  un nombre suffisant de cellules pour obtenir une fonction thĂ©rapeutique Ă  prolonged terme significative », a dĂ©clarĂ© Kinstlinger.

Les modÚles de sucre ont été imprimés en 3D avec un cutter laser modifié open up supply dans le laboratoire du co-auteur Jordan Miller, professeur adjoint de bio-ingénierie à Rice.

« Le processus d’impression 3D que nous avons dĂ©veloppĂ© ici, c’est comme faire une crĂšme brĂ»lĂ©e trĂšs prĂ©cise », a dĂ©clarĂ© Miller, dont l’inspiration originale pour le projet Ă©tait un dessert complexe.

Miller a dĂ©clarĂ© que les constructions complexes et dĂ©taillĂ©es sont rendues possibles par le frittage laser sĂ©lectif, un processus d’impression 3D qui fusionne de minuscules grains de poudre en objets 3D solides. Contrairement Ă  l’impression 3D par extrusion as well as courante, oĂč des brins de matĂ©riau fondus sont dĂ©posĂ©s Ă  travers une buse, le frittage laser fonctionne en faisant fondre et en fusionnant de petites rĂ©gions dans un lit de poudre sĂšche. L’extrusion et le frittage laser construisent des formes 3D une couche 2D Ă  la fois, mais la mĂ©thode au laser permet la gĂ©nĂ©ration de constructions qui seraient autrement sujettes Ă  l’effondrement si elles Ă©taient extrudĂ©es, a-t-il dĂ©clarĂ©.

« Il existe certaines architectures – telles que les structures en surplomb, les rĂ©seaux ramifiĂ©s et les rĂ©seaux multivasculaires – que vous ne pouvez vraiment pas bien faire avec l’impression par extrusion », a dĂ©clarĂ© Miller, qui a dĂ©montrĂ© le notion de modĂ©lisation du sucre avec une imprimante d’extrusion 3D au cours de son phase postdoctoral. Ă©tudes Ă  l’UniversitĂ© de Pennsylvanie. Miller a commencĂ© Ă  travailler sur l’approche de frittage laser peu de temps aprĂšs avoir rejoint Rice en 2013.

« Le frittage laser sĂ©lectif nous donne beaucoup furthermore de contrĂŽle dans les trois proportions, nous permettant d’accĂ©der facilement Ă  des topologies complexes tout en prĂ©servant l’utilitĂ© du sucre », a-t-il dĂ©clarĂ©.

Le sucre est particuliĂšrement utile dans la crĂ©ation de modĂšles de vaisseaux sanguins car il est resilient lorsqu’il est sec et se dissout rapidement dans l’eau sans endommager les cellules voisines. Pour fabriquer des tissus, Kinstlinger utilise un mĂ©lange spĂ©cial de sucres pour imprimer des modĂšles, puis remplit le quantity autour du rĂ©seau de sucre imprimĂ© avec un mĂ©lange de cellules en gel liquide. Le gel devient semi-solide en quelques minutes, puis le sucre est dissous et rincĂ© pour laisser un passage ouvert pour les nutriments et l’oxygĂšne.

« Un avantage majeur de cette approche est la vitesse à laquelle nous pouvons générer chaque framework tissulaire », a déclaré Kinstlinger. « Nous pouvons créer certains des furthermore grands modÚles de tissus encore présentés en moins de cinq minutes. »

Miller a dĂ©clarĂ© que la nouvelle Ă©tude rĂ©pond Ă  deux issues importantes: quels sucres peuvent ĂȘtre frittĂ©s en structures cohĂ©rentes et quels algorithmes de calcul peuvent dĂ©river des architectures complexes et ramifiĂ©es qui imitent celles trouvĂ©es dans la mother nature?

L’algorithme de calcul qui a gĂ©nĂ©rĂ© les architectures vasculaires arborescentes de l’Ă©tude a Ă©tĂ© crĂ©Ă© en collaboration avec Anxious Method, un studio de conception qui utilise la simulation informatique pour crĂ©er des objets d’art, des bijoux et des content articles mĂ©nagers uniques qui s’inspirent de modĂšles trouvĂ©s dans la nature.

« Nous utilisons des algorithmes inspirĂ©s de la mother nature pour crĂ©er des rĂ©seaux fonctionnels pour les tissus », a dĂ©clarĂ© Jessica Rosenkrantz, cofondatrice et directrice de la crĂ©ation de Anxious Method et co-auteur de l’Ă©tude. « Parce que notre approche est algorithmique, il est possible de crĂ©er des rĂ©seaux personnalisĂ©s pour diffĂ©rentes utilisations. »

AprĂšs avoir crĂ©Ă© des tissus modelĂ©s avec ces architectures vasculaires gĂ©nĂ©rĂ©es par calcul, l’Ă©quipe a dĂ©montrĂ© l’ensemencement de cellules endothĂ©liales Ă  l’intĂ©rieur des canaux et s’est concentrĂ©e sur l’Ă©tude de la survie et de la fonction des cellules cultivĂ©es dans les tissus environnants, y compris les cellules hĂ©patiques de rongeurs appelĂ©es hĂ©patocytes. Les expĂ©riences sur les hĂ©patocytes ont Ă©tĂ© menĂ©es en collaboration avec le bio-ingĂ©nieur de l’UniversitĂ© de Washington (UW) et co-auteur de l’Ă©tude Kelly Stevens, dont le groupe de recherche est spĂ©cialisĂ© dans l’Ă©tude des cellules dĂ©licates, qui sont notoirement difficiles Ă  maintenir en dehors du corps.

« Cette mĂ©thode pourrait ĂȘtre utilisĂ©e avec une gamme beaucoup additionally massive de cocktails de matĂ©riaux que de nombreuses autres systems de bioimpression », a dĂ©clarĂ© Stevens. « Cela le rend incroyablement polyvalent. »

Miller a dĂ©clarĂ©: « Nous avons montrĂ© que la perfusion Ă  travers des rĂ©seaux vasculaires 3D nous permet de maintenir ces grands tissus hĂ©patiques. Bien qu’il existe encore des dĂ©fis de longue date associĂ©s au maintien de la fonction hĂ©patocytaire, la capacitĂ© Ă  la fois de gĂ©nĂ©rer de grands volumes de tissus et de maintenir les cellules dans ces volumes pour un temps suffisant pour Ă©valuer leur fonction est un pas en avant passionnant. «