Kiedy piloci i astronauci wyruszają w lot, ich ciała są wypychane w środowiska znacznie bardziej ekstremalne niż cokolwiek, czego można doświadczyć na ziemi. Aby lepiej zrozumieć, jak ludzie reagują w tak intensywnych warunkach, naukowcy z Texas A&M University, wspierani przez Biuro Badań Naukowych Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych, zwracają się w stronę 3D. biodruk z żywymi komórkami płuc. Ich cel jest dwojaki: zwiększenie bezpieczeństwa w lotnictwo i lotów kosmicznych, a także przyspieszenie badań i leczenia chorób układu oddechowego.
W lotnictwie mogą panować podwyższone temperatury, zgniatające ciśnienie i obniżony poziom tlenu, a wszystko to może mieć szkodliwy wpływ na organizm. Na przykład gwałtowne zmiany wysokości lub ciśnienia mogą prowadzić do niebezpiecznego gromadzenia się płynu w płucach, podczas gdy wysokie temperatury mogą powodować udary, uszkodzenie tkanek, a nawet niewydolność narządów. Tradycyjne hodowle komórkowe 2D nie potrafią wykazać, co dzieje się w tak złożonych środowiskach. Jednak trójwymiarowe modele komórek oferują bardziej realistyczną reprezentację zachowania ludzkich komórek pod wpływem stresu, otwierając drzwi do dokładniejszych testów.
Piloci podczas lotu mogą spotkać się z intensywnymi warunkami fizycznymi. (Źródło zdjęć: (starszy sierżant Thomas Meneguin/Siły Powietrzne)
Odtwarzanie ekstremalnych warunków
Aby dokładnie modelować reakcję komórek płuc na trudne warunki, zespół Texas A&M potrzebował ściśle kontrolowanych parametrów biodruku, aby zapewnić żywotność komórek. „Nawet niewielkie zmiany w procesie biodruku mogą radykalnie wpłynąć na żywotność i proliferację komórek” Wyjaśnił profesor College of Arts and Sciences, dr Hongmin Qin. „Dostrajając te parametry, kładziemy podwaliny pod przyszłe przełomy w inżynierii tkankowej”.
Naukowcy symulowali ekstremalne warunki poprzez serię ukierunkowanych eksperymentów. W przypadku jednego badania opublikowanego w Biomimetykazespół zmieniał ciśnienie wytłaczania podczas drukowania. Odkryli, że wyższe ciśnienie prowadziło do większej śmierci komórek. W innym badaniu opublikowanym w Bioinżynieria, wystawili wydrukowane w 3D próbki na różne temperatury, aż do 55 stopni Celsjusza. Zaobserwowali, że wyższa temperatura zwiększa stres oksydacyjny i zmniejsza przeżywalność komórek. „Odkrycia dotyczące ciśnienia i temperatury podkreślają potrzebę precyzyjnych technik zachowania żywotności komórek płuc w próbkach wydrukowanych biodrukiem 3D i pokazania, jak komórki reagują na stresory środowiskowe” Qin zauważył.
Zespół stworzył także zoptymalizowany plik biotusz formuła: mieszanina kolagenu i alginianu w proporcjach 4:1, która utrzymuje imponującą żywotność komórek na poziomie 85% przez sześć dni, co stanowi obiecującą podstawę dla przyszłych badań.
Zastosowania wydrukowanych modeli płuc 3D poza lotnictwem
Oprócz zajęcia się priorytetami obrony narodowej, projekt ten stwarza szerokie możliwości dla medyczny badania. Tworząc realistyczne, wydrukowane w drukarce 3D hodowle komórek płuc, zespół stworzył platformę do badania chorób układu oddechowego, takich jak przewlekła obturacyjna choroba płuc, oraz przyspieszania wysiłków w zakresie badań przesiewowych leków. Patrząc w przyszłość, grupa przewiduje zastosowanie tego samego podejścia do produkcji tkanek bioinżynieryjnych na żądanie.
Przegląd projektu eksperymentalnego przedstawiającego wpływ ciśnienia wytłaczania. (Źródło zdjęcia: Taieba Tuba Rahman i in.).
Ta praca jest zgodna z postępem gdzie indziej. Na początku tego roku naukowcy z Uniwersytetu McMastera w Ontario opracowali biotusz, który odtwarza elastyczność i rozciągliwość tkanki płuc, dzięki czemu doskonale nadaje się do modelowania schorzeń takich jak POChP i zwłóknienie płuc, a także do testów toksyczności i reakcji na leki. Również w tym roku Wydział Nauki i Technologii Departamentu Bezpieczeństwa Wewnętrznego Stanów Zjednoczonych wraz z Wake Forest Institute for Regenerative Medicine wykorzystał wydrukowaną w 3D tkankę płuc do analizy wpływu toksyczne opary na zdrowie ludzkie. Łącznie projekty te podkreślają, że biomimetyczne modele 3D stają się praktycznymi platformami do diagnostyki, toksykologii i rozwoju terapeutycznego. Aby dowiedzieć się więcej, przeczytaj artykuł z Texas A&M Tutaj.
Co sądzisz o badaniu? Daj nam znać w komentarzu poniżej lub na naszym LinkedIn I Facebooku strony. Dodatkowo zapisz się na nasz bezpłatny cotygodniowy dostęp Biuletyn aby otrzymywać najświeższe informacje o druku 3D prosto na swoją skrzynkę odbiorczą. Wszystkie nasze filmy znajdziesz także na naszej stronie YouTube kanał. Chcesz poznać więcej aktualności dotyczących druku 3D w medycynie i stomatologii? Odwiedź naszą dedykowaną stronę TUTAJ.
* Źródło obrazu na okładce: Zdjęcia depozytowe
