Onderzoekers gebruiken nanobuisjes om de bloedstroom in bio -engineered weefsels te verbeteren

Wanneer biomedische onderzoekers hun nieuwste ideeën moeten testen, wenden ze zich vaak tot ontwikkeld menselijk weefsel dat de antwoorden in onze eigen lichamen nabootst. Het is een belangrijke intermediaire stap geworden vóór klinische proeven van de mens.

Eén beperkende factor: de cellen hebben bloedcirculatie nodig om te overleven en het bereiken van dat kan moeilijk zijn in driedimensionale celstructuren. Zonder de juiste vasculaire systemen – zelfs primitieve – ontworpen weefsel – biedt beperkte grootte en functionaliteit, zelfs het ontwikkelen van necrotische gebieden van dode cellen.

Nieuw onderzoek van Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science van Binghamton University biedt een mogelijke oplossing voor het probleem. Onlangs in een paper gepubliceerd in het dagboek Biomedische materialenAssistent -professoren Ying Wang en Yingge Zhou laten zien hoe de nieuwste nanomanfabricagetechnieken een beter kunstmatig vasculair systeem kunnen creëren.

Ook onderdeel van het onderzoeksteam waren promovendi Xianyang Li, Sadia Khan en Yan Chen; Liyuan Wang ’23; en postdoctoraal onderzoeker Xiang Fang.

“Ons vasculaire systeem heeft verschillende hiërarchieën”, zegt Ying Wang, een faculteitslid van de afdeling Biomedical Engineering. “We hebben grotere, zoals onze aorta of aderen, en kleinere slagaders voor verschillende functies.

“We kunnen de grotere 3D-afdrukken, en voor de kleinere vertrouwen we op spontane zelfassemblage om ze te organiseren. We proberen echter enkele biomaterialen te ontwikkelen om de grootte te kunnen reguleren, om het groter of kleiner te maken, zodat we verschillende soorten vasculatuur kunnen fabriceren.”

In zijn eerdere onderzoek heeft Zhou – van de School of Systems Science and Industrial Engineering – 3D -steiger op een microscopische schaal gebouwd.

Het Binghamton -team maakte microtubes van twee inerte verbindingen die vaak worden gebruikt in biomedische apparaten: polyethyleenoxide (PEO) en polystyreen (PS). Electrospinning, een productietechniek die een sterk elektrisch veld gebruikt om ultrasluitjes te vormen, was essentieel voor het creëren van iets op die kleine schaal.

“De microtube ligt tussen 1 tot 10 micron,” zei Zhou. (Een micron is een miljoenste van een meter; het gemiddelde menselijke haar is 70-100 micron.) “Het is moeilijk voor de 3D-printer om met dat soort resolutie af te drukken, dus we gebruikten electrospinning om vaste microtubes te maken. Toen wilden we de kern van de engine maken om ze te laten schijten. weefsel. “

Met behulp van fluorescerende microbeads volgden de onderzoekers de bloedstroom in het ontworpen weefsel en ontdekten dat de buizen de bloedverdeling verbeterden, waardoor de voeding en zuurstof worden geleverd die cellen nodig hebben om in leven te blijven.

Vooruitkijkend willen ze onderzoeken hoe de dimensies en vorm van de microtubes de vasculaire resultaten beïnvloeden en hoe de structuren kunnen worden afgestemd op specifieke behoeften van weefseltechniek. Ze willen ook meer orgaanspecifieke microvasculatuur ontwikkelen, zoals de bloed-hersenbarrière die het bloedsomloop van hersenweefsel scheidt. Inzicht in die barrière is essentieel voor het behandelen van tumoren of neurodegeneratieve ziekten.

“We willen de fysiologische relevantie van deze ontwikkelde weefsels dichter bij onze eigen lichamen brengen,” zei Wang. “Als we deze technologie perfectioneren, kunnen we niet alleen een enkel orgaan samenstellen, maar ook meerdere organen als een levend systeem op basis van menselijke cellen.”