استفاده از شکر برای ساخت قالب پرینت سه بعدی از شبکه های رگ های خونی برای مطالعه آسان تر جریان خون در نزدیکی تومورها

برای مبارزه با سرطان، تصویربرداری، درمان و نظارت همگی مورد نیاز است. برخلاف رگ های خونی در بافت سالم، شبکه رگ های خونی متراکم تر و پر هرج و مرج نشان دهنده تومور است. یک روش جدید امیدوارکننده برای مطالعه جریان خون در این عروق شامل تزریق حباب های هوا و سپس ردیابی آنها با سونوگرافی است. این نشان می‌دهد که خون کجا می‌رود و رگ‌ها چگونه کار می‌کنند، و همچنین به تشخیص کمک می‌کند، اما دیدن حباب‌ها در تصاویر اولتراسوند از رگ‌های خونی واقعی دشوار است. به عنوان یک جایگزین “شیرین”، Ph.D. محقق آندریاس پولت برای مطالعه آسان تر جریان خون در نزدیکی تومورها، به شکر روی آورد تا ماکت های پرینت سه بعدی از شبکه های رگ های خونی بسازد.

به گفته مری پاپینز، “یک قاشق شکر به کاهش دارو کمک می کند” اما دکترا. محقق آندریاس پولت استدلال می کند که شکر می تواند در مراقبت های بهداشتی بسیار بیشتر از آن عمل کند.

پولت که تحقیقات خود را در گروه Jaap تکمیل کرده است، می گوید: “قندها برای بسیاری از عملکردهای بدن مهم هستند. اما در آزمایشگاه، قندها را می توان برای ساخت مدل های پیچیده ای از سیستم ها در بدن انسان مانند شبکه های رگ های خونی استفاده کرد.” دن توندر در گروه مهندسی مکانیک. “و کلید کل فرآیند چاپ سه بعدی است.”

شکر به صورت سه بعدی

امروزه پرینت سه بعدی در جامعه رایج است. با مواد مناسب، می توانید تقریباً هر چیزی را از خانه های سیمانی گرفته تا مهره های شطرنج و دسرهای شکلاتی پرینت سه بعدی کنید.

برای کسانی که دندان شیرین دارند، ممکن است ناامید کننده باشد که بدانند Pollet قصد چاپ سه بعدی دسرهای شیرین خوشمزه را نداشته است.

Pollet همراه با همکارانش یک چاپگر سه بعدی سفارشی طراحی کرد که می تواند الیاف شکر را با دقت بسیار زیادی چاپ کند. سپس می‌توان چندین فیبر را با هم ترکیب کرد و شبکه‌هایی شبیه شبکه رگ‌های خونی ایجاد کرد. شکر امکان چاپ بدون تکیه گاه های سفت و سخت را فراهم می کند و ماده پس از خنک شدن از مایع به جامد تغییر می کند. پس از آن می تواند وزن خود را تحمل کند. علاوه بر این، زیست سازگار است و در آب حل می شود – چیزی که معمولاً با مواد چاپ سه بعدی مرتبط نیست. گرده.

خداحافظ شکر شیرین

هنگامی که مدل رگ خونی چاپ شد، زمان خداحافظی با قند فرا می رسد. Pollet: “قند فقط برای ساختن قالب شبکه رگ های خونی استفاده می شود. ما نمی توانیم از مدل شبکه رگ های خونی ساخته شده از قند برای مطالعه جریان خون استفاده کنیم زیرا بلافاصله حل می شود. بنابراین، شبکه را پوشش می دهیم. و سپس آن را با ماده دیگری ریخته شود.”

شبکه های قندی با یک پلیمر زیست سازگار و زیست تخریب پذیر پوشانده شده اند تا از انحلال ناخواسته قند در طول ریخته گری جلوگیری شود. پس از پوشش دهی، شبکه ها با استفاده از PDMS، یک پلیمر آلی مبتنی بر سیلیکون که به طور گسترده استفاده می شود و پایداری طولانی مدت می دهد، یا هیدروژل ها که خواصی مانند بافت انسانی دارند و به راحتی می توان با اولتراسوند تصویربرداری کرد، ریخته گری می شود.

چگونه کوچکترین ظروف بسازیم

استفاده Pollet از شکر برای ایجاد شبکه رگ های خونی می تواند در ساخت رگ های خونی مصنوعی، به ویژه رگ های خونی کوچک، بسیار مفید باشد.

ما می‌توانیم رگ‌هایی را با قطرهای چند میلی‌متر تا یک دهم میلی‌متر (به همان ضخامت یک مو) چاپ کنیم و می‌توانیم نقاط انشعاب را در رگ‌ها چاپ کنیم، درست همانطور که انتظار دارید در شبکه‌های رگ‌های خونی بدن مشاهده کنید.» Pollet می گوید. “کنترل فوق العاده است!”

حرکت حباب‌ها یا مایعات هوا از طریق شبکه‌های چاپی را می‌توان با استفاده از تصویربرداری اولتراسوند و میکروسکوپ برای ارائه اطلاعات در مورد جریان خون در شبکه‌ها ردیابی کرد و همکاران پژوهشی Pollet، Peiran Chen و Meiyi Zhou به ترتیب روی پردازش سیگنال و توسعه سخت‌افزار اولتراسوند کار می‌کنند. سپس می توان نتایج حاصل از روش های تصویربرداری را با هم مقایسه کرد.

علاوه بر این، برای ساختن رگ‌های موجود در شبکه‌ها که مانند رگ‌های خونی واقعی کار می‌کنند، Pollet داخل کانال‌های شبکه را با سلول‌های رگ‌های خونی پوشانده است. برای زنده نگه داشتن سلول‌ها، ما محیط کشت سلولی را در رگ‌ها قرار دادیم و مایعات را برای زنده ماندن در اختیار آنها قرار دادیم.»

علاوه بر چاپ قند سه بعدی، Pollet از دو روش دیگر نیز برای ساخت شبکه رگ های خونی استفاده کرد. ابتدا، او از ستون‌هایی با اندازه‌های مختلف برای تقریب شبکه‌های عروقی استفاده کرد که در آن ستون‌های مهره‌های بزرگ‌تر شبکه‌های سالم هستند، در حالی که ستون‌های مهره‌های کوچک‌تر شبکه‌هایی در اطراف تومورها هستند. در رویکرد دوم، Pollet شبکه‌های رگ‌های خونی پیچیده را با استفاده از سلول‌های واقعی در یک محفظه رشد رشد داد.

مراحل آینده

قدم بعدی برای Pollet یک موقعیت فوق دکترا در Sanquin در آمستردام است که در پروژه ای با TU/e ​​مسئولیت تامین خون در هلند را به صورت غیرانتفاعی بر عهده دارند. “هدف تقلید مغز استخوان است. ما می خواهیم راهی برای ساخت پلاکت ها و گلبول های قرمز خون بر روی یک تراشه ابداع کنیم. مانند تحقیقات دکترای من، این پروژه با عروق و جریان خون مرتبط است.”

تحقیقات گرده نشان داده است که برای ایجاد شبکه رگ های خونی در آزمایشگاه به طیف وسیعی از مواد نیاز دارید. سلول های واقعی، پلیمرها و هیدروژل ها همه نقش خود را ایفا می کنند. اما این استفاده از شکر است که غیر متعارف ترین به نظر می رسد. با این حال، همانطور که مشخص است، شاید موثرترین و مهم ترین باشد.

حتی مری پاپینز هم تحت تاثیر قرار خواهد گرفت.