3D tiskové mozkové cévy replikují vzorce průtoku lidské krve

Cerebrovaskulární onemocnění, jako je ateroskleróza a mrtvice, zůstávají hlavní příčinou morbidity a úmrtnosti po celém světě. Společným rysem těchto onemocnění je vaskulární stenóza, tj. Zúžení krevních cév, které narušuje normální průtok krve a přispívá k chronickému zánětu ve stěně cévy. Endoteliální buňky lemující vaskulaturu hrají klíčovou roli při snímání smykového stresu z průtoku krve a reagující na narušenou hemodynamiku exprimujícími prozánětlivými molekulami. Studium tohoto jevu in vivo je však náročné kvůli složitosti a variabilitě živých systémů.

Tradiční in vitro modely, včetně statických kultur a mikrofluidních zařízení, často nedosahují replikace strukturální, mechanické a biologické složitosti lidského cerebrovaskulárního prostředí. To zdůrazňuje potřebu fyziologicky relevantního modelu ke studiu, jak abnormální vzorce toku řídí endoteliální dysfunkce a zánět.

Aby překlenul tuto kritickou výzkumnou mezeru, tým spolupráce vedený profesorem Byoung Soo Kim a výzkumným pracovníkem Min-Ju Choi z Pusan National University spolu s profesorem Dong-woo Cho a Dr. Wonbin Park z Pohang University of Science and Technology (Postich), vyvinul 3D-bioprinted in vitro model mozkové krve. Jejich studie byla zveřejněna online v časopise Pokročilé funkční materiály 24. června 2025.

„Použili jsme novou zabudovanou techniku koaxiálního bioprintingu k rychlému výrobě perfunsoble cévních potrubí s kontrolovaným luminálním zúžením,“ vysvětluje prof. Kim. „Náš Bioink, hybrid decelulalárné extracelulární matrice odvozené od prasečí aorta (DECM), kolagen a alginát, obětoval obojí Mechanická síla a základní biologické narážky na podporu připojení a funkce endoteliálních buněk. “

Bioprintované cévy zapouzdřené člověka Endoteliální buňkyvčetně pumbilikální žíly (HUVEC) a mozkových mikrovaskulárních buněk (HBMEC) a byly vystaveny tokovým podmínkám simulujícím normální i stenotické krevní cévy. Model úspěšně vyrobený in vivo tok krve podmínky a napodobované stenotické geometrie spojené s cerebrovaskulární onemocnění.

Výpočetní simulace dynamiky tekutin a experimenty s korálkovými korálky potvrdily, že stenotické oblasti vyvolaly narušené vzorce toku, charakteristické pro ty, které jsou pozorovány v aterosklerotických cévách. Endotelializované cévy vykazovaly kontinuální pokrytí a exprimovaly všechny proteiny spojení, včetně CD31, VE-kadherinu a ZO-1. Plavidla také udržovala integritu bariéry prokázáním selektivní propustnosti.

Zejména za narušených podmínek toku došlo k významné upregulaci zánětlivých markerů, charakteristických znaků zralé endoteliální bariéry.

„Tato technologie 3D bioprintingu představuje významný pokrok v modelování cerebrovaskulárních chorob tím, že umožňuje anatomicky přesné a fyziologicky relevantní cévy,“ říká Prof. Kim.

Pomocí zesíleného bioink a koaxiálního bioprintingu založeného na ECM replikuje model geometrii a dynamiku toku stenotické cévy a poskytuje realistickou platformu pro studium endoteliálního zánětu vyvolaného průtokem. Jeho kompatibilita s více typy endoteliálních buněk rozšiřuje jeho užitečnost při modelování nemocí a personalizované medicíny. Přemožením mezery mezi zjednodušujícími systémy in vitro a komplexními modely in vivo také snižuje spoléhání se na testování zvířat a zvyšuje screening léčiv a hodnocení toxicity.

Budoucí zdokonalení, jako je začlenění mozku specifického ECM, ko-kultivační vaskulární podpůrné buňky a používání buněk odvozených od pacienta, by mohla dále zvýšit fyziologickou přesnost a modelování specifické pro pacienta. Integrace s platformami orgánů na čipu a analytikou řízenou AI by také mohla umožnit monitorování endoteliálních reakcí na terapie v reálném čase.

Závěrem lze říci, že tato studie poskytuje robustní a všestrannou platformu pro inženýrství cerebrovaskulární tkáně. Vzhledem k tomu, že se technologie bioprintingu stále vyvíjejí, mají potenciál transformovat to, jak studujeme a léčíme onemocnění, jako je mrtvice a ateroskleróza, zrychlují terapeutický objev a rozvoj personalizovaných intervencí.