شبکه های پیچیده رگ های خونی می توانند به صورت سه بعدی برای اندامهای مصنوعی چاپ شوند

یک مدل محاسباتی سریع که قادر است شبکه‌ای از رگ‌های خونی را برای هر اندام سه‌بعدی چاپ شده طراحی کند، می‌تواند ما را به تحقق پیوند کبد مصنوعی، کلیه‌ها یا قلب‌ها بدون نیاز به اهداکننده نزدیک‌تر کند.

بیماران مبتلا به نارسایی اندام اغلب نیازمند پیوند عضو هستند، اما تنها ۱۰٪ از تقاضای جهانی پیوند پاسخ داده می‌شود. به منظور رفع این نیاز، دانشمندان مشغول چاپ اندام‌های آزمایشگاهی سه‌بعدی هستند. اما زنده ماندن این اندام‌ها به وجود شبکه‌ای از رگ‌های خونی نیاز دارد که تصور آنها با روش‌های فعلی ممکن است روزها یا حتی هفته‌ها طول بکشد.

برای بهبود این موضوع، آلیسون مارسدن از دانشگاه استنفورد و تیمش مدلی محاسباتی ساخته‌اند که می‌تواند شبکه‌های رگ خونی را برای هر اندام بسته به یک قانون ریاضی که نحوه کوچکتر شدن رگ‌های خونی بدن را توصیف می‌کند، پیش‌بینی کند.

آنها رویکرد خود را با طراحی شبکه‌ای متشکل از ۲۵ رگ خونی برای یک ساختار حلقه‌ای به اندازه ۱ سانتی‌متر که با سلول‌های کلیه به صورت سه‌بعدی چاپ شده بود، آزمایش کردند.

سپس این تیم شبکه رگ‌ها را با استفاده از ذرات ژلاتین سرد چاپ کرد و پس از آن ژلاتین را ذوب کردند تا کانال‌های توخالی میلیون‌میلیونی ایجاد کنند که رگ‌های خونی را شبیه‌سازی می‌کرد. سپس مایع حاوی اکسیژن و مواد مغذی را از طریق این کانال‌ها به منظور تقلید جریان طبیعی خون، به صورت پیوسته پمپ کردند.

پس از یک هفته، در مقایسه با حلقه‌ای مشابه بدون رگ خونی، این حلقه حدود ۴۰۰ برابر سلول زنده‌تر داشت، در حالی که حلقه بدون رگ در مایع خون غرق شده بود.

مارسدن توضیح می‌دهد: «ما توانستیم سلول‌هایی را که نزدیک رگ‌ها بودند، زنده نگه داریم.» او افزود، سلول‌های دورتر از رگ‌ها به دلیل عدم امکان چاپ رگ‌های کوچکتر و شاخه‌دار برای تأمین مواد مغذی، از بین رفتند. تیم در حال بررسی راه‌هایی برای حل این مشکل است.

او می‌گوید: «آنها دائماً مرزهای ممکن را به جلو می‌رانند.» هوگ تاکبوت از دانشگاه پاریس-ساکلی فرانسه معتقد است این روش می‌تواند روزی به دانشمندان اجازه دهد تا شبکه رگ‌ها را برای اندامی با اندازه عادی در عرض چند ساعت به جای روزها یا هفته‌ها طراحی کنند. «شبکه‌های رگ طراحی شده با این روش می‌توانند در آینده به جایگزینی یا حداقل به عنوان مکمل اندام‌های کشت‌شده در آزمایشگاه استفاده شوند.»

قبل از هر چیز، محققان باید روشی برای چاپ این رگ‌های خونی در اندام‌های بزرگ توسعه دهند. مارسدن امیدوار است که در حدود پنج سال آینده اندام‌های چاپ شده سه‌بعدی را روی خوک‌ها آزمایش کنند، اگر همه چیز طبق برنامه پیش رود.