Chế tạo mạch máu sinh học bằng kỹ thuật in 3D

Các bệnh mạch máu như chứng phình động mạch, bệnh động mạch ngoại biên và các cục máu đông bên trong mạch máu chiếm 31% số ca tử vong trên toàn cầu, và các tiến bộ về thuốc tim mạch giúp kéo giảm gánh nặng lâm sàng này trong 20 năm qua. Các phương pháp mới để điều trị bệnh tim mạch còn hạn chế do chưa được phê duyệt, lý do bởi phần lớn các nghiên cứu được thực hiện ở môi trường bên ngoài, quá khác biệt với môi trường bên trong cơ thể.

Hình ảnh mô tả phương pháp được sử dụng để chế tạo mô hình mạch sinh học tự nhiên bằng kỹ thuật in 3D với các tế bào nội mô và cơ trơn mạch máu. Ảnh nguồn: Akhilesh Gaharwar

Đặt mục tiêu sửa đổi các phương pháp hiện tại để giảm thiểu khoảng cách này và cải thiện khả năng dịch chuyển của các kỹ thuật này bằng cách hướng quá trình in sinh học 3D vào y học mạch máu, nhóm các nhà khoa học Khoa Kỹ thuật Y sinh, Đại học Texas A&M do phó giáo sư Akhilesh Gaharwar, và trợ lý giáo sư Abhishek Jain dẫn dắt, đã thiết kế một mô hình 3D được in sinh học của một mạch máu mô phỏng chức năng mạch máu và phản ứng bệnh tật.

Gaharwar là một chuyên gia về vật liệu sinh học và đã phát triển các liên kết sinh học mới cung cấp khả năng tương thích sinh học và kiểm soát các đặc tính cơ học cần thiết để in các mạch máu, trong khi chuyên môn của Jain nằm trong việc tạo ra các mô hình phỏng sinh học về các bệnh mạch máu và huyết học. Kết quả nghiên cứu này vừa được xuất bản trên tạp chí Advanced Healthcare Materials.

Theo đó, in sinh học 3D là một trong những kỹ thuật sản xuất tiên tiến có khả năng tạo ra các cấu trúc mô độc đáo theo kiểu từng lớp với các tế bào được nhúng, làm cho việc sắp xếp có nhiều khả năng phản ánh cấu trúc mạch máu tự nhiên, đa bào.

Một loạt các liên kết sinh học hydrogel đã được đề xuất để sử dụng vào thiết kế các cấu trúc này. Tuy nhiên, có một hạn chế trong các liên kết sinh học có sẵn có thể bắt chước thành phần mạch máu của các mô bản địa. Các liên kết sinh học hiện tại thiếu khả năng in cao và không thể lắng đọng mật độ tế bào sống cao vào các kiến ​​trúc 3D phức tạp, làm cho chúng kém hiệu quả hơn.

Karli Gold '20, cựu nghiên cứu sinh tiến sĩ kỹ thuật y sinh, đã làm việc với Akhilesh Gaharwar về các mô hình in sinh học 3D của ông. Ảnh nguồn: Texas A&M Engineering

Để khắc phục những thiếu sót này, Gaharwar và Jain đã phát triển một liên kết sinh học nano mới để in 3D, chính xác về mặt giải phẫu, các mạch máu đa bào. Cách tiếp cận của họ cung cấp độ phân giải theo thời gian thực được cải thiện cho cả cấu trúc vĩ mô và cấu trúc vi mô cấp độ mô, điều mà các liên kết sinh học hiện có không thể thực hiện được.

“Một đặc điểm đặc biệt đáng chú ý của liên kết sinh học được chế tạo bằng nano này là bất kể mật độ tế bào, nó thể hiện khả năng in cao và khả năng bảo vệ các tế bào được bao bọc chống lại lực cắt cao trong quá trình in sinh học”. Gaharwar cho biết: "Đáng chú ý, các tế bào nhân bản sinh học 3D duy trì một kiểu hình khỏe mạnh và duy trì khả năng tồn tại trong gần một tháng sau khi chế tạo."

Tận dụng những đặc tính độc đáo này, liên kết sinh học nano được chế tạo để in thành các mạch máu hình trụ 3D, bao gồm các tế bào nội mô và tế bào cơ trơn mạch máu sống, giúp các nhà nghiên cứu có cơ hội mô hình hóa chức năng mạch máu và tác động của bệnh tật.

Cấu trúc in sinh học 3D này mở ra tiềm năng để các bác sĩ hiểu sâu hơn sinh lý bệnh của bệnh mạch máu, đánh giá liệu pháp điều trị cũng như sử dụng các thuốc, hóa chất trong các thử nghiệm tiền lâm sàng.

Theo https://medicalxpress.com/news/2021-08-3d-bioprinted-blood-vessel.html