Разработан новый метод 3D-биопечати сложных сосудистых сетей

Васкуляризация необходима не только для органогенеза, формирования и поддержания тканей, но и является ключом к регенерации, поскольку эндотелиальные клетки играют центральную роль при заболеваниях, травмах и инфекциях. 

Физиологическая васкуляризация характеризуется высокоорганизованной, тканеспецифичной и иерархически структурированной сетью. В ситуациях, когда недостаточная васкуляризация препятствует заживлению, биоинженерные технологии могут индуцировать регенерацию за счёт усиления основных клеточных механизмов, связанных с формированием сосудов. 

Вплоть до настоящего времени имитация микрососудов, включая расположение клеток и взаимодействия внеклеточного матрикса, оставалась нерешённой проблемой in vitro. 

Сосудистой системе отдельных тканей свойственны специфические сосудистые узоры, сильно различающиеся в разных тканях. Именно поэтому контроль чёткого паттерна васкуляризации не мог быть достигнут методами 3D-биопечати.

Было разработано множество подходов, направленных на печать функциональных 3D-васкуляризированных конструкций. К примеру, путём создания эндотелиальных поверхностей или предварительно сформированных примитивных сосудов и инициировании ангиогенного прорастания из этих структур. Другая стратегия предполагает использование внутреннего потенциала самосборки клеток для формирования микрососудистых структур, часто совместным культивированием эндотелиальных клеток с поддерживающими стеночными клетками. 

В обсуждаемом исследовании команда учёных представила биоинженерный подход, объединяющий эти стратегии принципиально новым способом. Геометрию микрососудистых структур удалось контролировать с помощью многоматериального проекционного стереолитографического 3D-биопринтера и инновационной биоматериальной системы. 

В этих условиях ангио- и васкулогенное поведение эндотелиальных клеток пупочной вены изучалось во взаимодействии с мезенхимальными стромальными клетками и дермальными фибробластами в качестве поддерживающих клеток. 

В качестве среды использовали метакрилированный желатин, поскольку он способен обеспечить межклеточную коммуникацию и миграцию клеток, препятствуя в то же время вторжению в микрососудистые структуры и направляя их к специально разработанным геометрическим отсекам. 

Метод послойной 3D-печати позволил реализовать различные клеточные расположения области инвазии на полученном интерфейсе базового и верхнего слоёв желатина и между напечатанными каналами. Клетки и вновь формирующиеся микрососудистые структуры были ограничены биологическими и геометрическими сигналами для биопечатных каналов, областей инвазии и свойств материала.

Результаты исследования позволят разработать новые стратегии тканевой инженерии с оптимизированными сосудистыми структурами, специально ориентированными на потребности тканей.