Исследователи из Стэнфордского университета сделали важный шаг к реализации мечты о 3D-печатных органах: они разработали программную платформу, позволяющую быстро проектировать сложные сети кровеносных сосудов, критически важные для поддержания жизнеспособности тканей.
Биопечать — технология, обещающая печатать органы по запросу, — на протяжении многих лет сталкивалась с ограничением: невозможностью воспроизвести плотную микрососудистую сеть, которая снабжает клетки кислородом и питательными веществами. Без таких сосудов выживание напечатанных тканей было возможно только для малых и менее плотных структур, где вещества могли проникать путем простой диффузии.
В новой работе, опубликованной в Science, команда представила алгоритмический подход, способный проектировать сосудистые сети в масштабе органов для более чем 200 типов биологических и искусственных тканей. Их метод оказался более чем в 230 раз быстрее предыдущих решений, при этом обеспечивая стабильные замкнутые сосудистые контуры, пригодные для биопечати.
«Наша способность создавать органы человеческого масштаба сдерживается недостаточной васкуляризацией», — подчеркивают авторы исследования. «Новая система позволяет быстро генерировать масштабируемые сосудистые модели и оценивать их гидродинамические характеристики до стадии физического производства».
Метод опирается на интеграцию четырех алгоритмов:
- Оптимизация вычислений — система фиксирует параметры уже созданных сосудистых ветвей, избегая повторных перерасчетов.
- Разбиение структур — трехмерная модель делится на меньшие блоки, что упрощает их моделирование.
- Избежание пересечений — добавлен алгоритм предотвращения коллизий между сосудами.
- Обеспечение связности — гарантируется, что вся сосудистая система образует непрерывную сеть.
Ученые напечатали несколько сосудистых моделей, чтобы подтвердить их механические и биологические свойства. В одном эксперименте они использовали биопринтер для создания ткани с новой сетью и показали значительное улучшение выживаемости клеток в течение семи дней.
Авторы подчеркивают, что переход от цифрового моделирования к биологической реализации требует дополнительных усилий, включая лабораторные эксперименты. Тем не менее, предложенный подход может существенно ускорить разработку жизнеспособных органов и, возможно, в будущем устранить зависимость от донорских трансплантатов.
В перспективной статье, сопровождающей исследование в Science, отмечается: «Демократизация моделирования сосудистых сетей способна преобразить биопроизводство, позволив тестировать эффективность перфузии еще до начала печати, без затратного метода проб и ошибок».
Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
