जटिल चीनी नेटवर्क भंग करने के लिए रास्ते बनाने के लिए रक्त में प्रयोगशाला में विकसित ऊतकों — ScienceDaily


पाउडर चीनी विशेष घटक में एक राइस विश्वविद्यालय के लिए नुस्खा नकल उतार के शरीर की जटिल शाखाओं में बंटी, रक्त वाहिकाओं में प्रयोगशाला में विकसित ऊतकों.

में अनुसंधान पत्रिका में आज प्रकाशित प्रकृति बायोमेडिकल इंजीनियरिंग, चावल bioengineers पता चला वे रख सकता है, घनी पैक जीवित कोशिकाओं में दो सप्ताह के लिए अपेक्षाकृत बड़े निर्माणों बनाने के द्वारा जटिल रक्त वाहिका नेटवर्क से टेम्पलेट्स के 3 डी-मुद्रित चीनी ।

“सबसे बड़ी में से एक के लिए बाधाओं इंजीनियरिंग चिकित्सकीय प्रासंगिक ऊतकों है पैकिंग के एक बड़े ऊतक संरचना के सैकड़ों के साथ लाखों लोगों के जीवित कोशिकाओं ने कहा,” अध्ययन का नेतृत्व लेखक इयान Kinstlinger, एक जैव अभियांत्रिकी स्नातक छात्र में चावल की भूरे रंग के स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग. “देने के लिए पर्याप्त ऑक्सीजन और पोषक तत्वों के लिए सभी कोशिकाओं भर में है कि बड़ी मात्रा में ऊतकों की एक बड़ी चुनौती है।”

Kinstlinger बताते हैं कि प्रकृति में इस समस्या का हल के विकास के माध्यम से जटिल संवहनी नेटवर्क है, जो बुनाई के माध्यम से हमारे ऊतकों और अंगों में पैटर्न की याद ताजा पेड़ अंगों. वाहिकाओं के साथ-साथ छोटे हो जाते हैं, लेकिन मोटाई में अधिक से अधिक संख्या में के रूप में वे शाखा से दूर एक केंद्रीय ट्रंक की अनुमति देता है, ऑक्सीजन और पोषक तत्वों किया जा करने के लिए कुशलतापूर्वक वितरित करने के लिए पूरे शरीर में कोशिकाओं.

“द्वारा विकसित नई तकनीकों और सामग्री की नकल करने के लिए स्वाभाविक रूप से संवहनी नेटवर्क में, हम करीब हो रही है कि बात करने के लिए हम प्रदान कर सकते हैं ऑक्सीजन और पोषक तत्वों के लिए पर्याप्त संख्या की कोशिकाओं को पाने के लिए सार्थक लंबी अवधि के चिकित्सीय समारोह,” Kinstlinger कहा.

चीनी टेम्पलेट्स थे 3 डी-मुद्रित के साथ एक खुला स्रोत है, संशोधित लेजर कटर प्रयोगशाला में अध्ययन के सह-लेखक जॉर्डन मिलर, एक सहायक प्रोफेसर के बायोइन्जिनियरिंग पर चावल ।

“3 डी प्रिंटिंग की प्रक्रिया हम यहाँ विकसित बनाने की तरह है एक बहुत ही सटीक creme brulee,” मिलर ने कहा, जिसका मूल प्रेरणा परियोजना के लिए गया था, एक जटिल मिठाई है ।

मिलर ने कहा कि जटिल, विस्तृत संरचनाओं द्वारा संभव बना रहे हैं चयनात्मक लेजर sintering, एक 3 डी मुद्रण प्रक्रिया है कि फ़्यूज़ मिनट पाउडर के अनाज में ठोस 3 डी वस्तुओं. में इसके विपरीत करने के लिए और अधिक आम बाहर निकालना 3 डी मुद्रण, जहां पिघल किस्में की सामग्री जमा कर रहे हैं एक नोजल के माध्यम से, लेजर sintering के द्वारा काम करता है धीरे पिघलने और fusing के छोटे क्षेत्रों में एक पैक बिस्तर का सूखा पाउडर । दोनों बाहर निकालना और लेजर sintering का निर्माण 3 डी आकार एक 2D परत पर एक बार, लेकिन लेजर विधि में सक्षम बनाता है की पीढ़ी संरचनाओं होता है, जो अन्यथा हो सकता है के लिए प्रवण पतन अगर extruded, उन्होंने कहा.

“वहाँ कुछ कर रहे हैं आर्किटेक्चर — overhanging के रूप में संरचनाओं, branched नेटवर्क और multivascular नेटवर्क-जो तुम सच में नहीं कर सकते हैं के साथ अच्छी तरह से बाहर निकालना मुद्रण,” मिलर ने कहा, जो की अवधारणा का प्रदर्शन किया चीनी templating के साथ एक 3 डी बाहर निकालना प्रिंटर के दौरान अपने postdoctoral अध्ययन के पेन्सिलवेनिया विश्वविद्यालय में. मिलर पर काम शुरू किया लेजर sintering दृष्टिकोण शीघ्र ही शामिल होने के बाद चावल में 2013.

“चयनात्मक लेजर sintering हमें कहीं अधिक नियंत्रण में सभी तीन आयामों की अनुमति देता है, हमें करने के लिए आसानी से उपयोग, जटिल topologies जबकि अभी भी संरक्षण की उपयोगिता चीनी सामग्री है,” उन्होंने कहा.

चीनी विशेष रूप से उपयोगी है बनाने में रक्त वाहिका टेम्पलेट्स क्योंकि यह टिकाऊ है जब सूखी, और यह तेजी से पानी में घुल पास के नुकसान पहुँचाए बिना कोशिकाओं. बनाने के लिए, ऊतकों Kinstlinger का उपयोग करता है की एक विशेष मिश्रण की शर्करा को मुद्रित करने के लिए टेम्पलेट्स और फिर भरता मात्रा के चारों ओर मुद्रित चीनी नेटवर्क का एक मिश्रण के साथ कोशिकाओं में तरल जेल. जेल हो जाता है semisolid मिनट के भीतर है, और चीनी है, तो भंग कर दिया और प्लावित दूर छोड़ने के लिए एक खुला दालान के लिए पोषक तत्वों और ऑक्सीजन.

“का एक प्रमुख लाभ इस दृष्टिकोण है जिस गति से हम उत्पन्न कर सकते हैं प्रत्येक ऊतक संरचना,” Kinstlinger कहा. “हम कर सकते हैं बनाने के कुछ सबसे बड़े ऊतक मॉडल अभी तक में प्रदर्शन के तहत पांच मिनट के लिए।”

मिलर ने कहा कि नए अध्ययन से जवाब दो महत्वपूर्ण प्रश्न: क्या शर्करा में sintered जा सकता सुसंगत संरचना, और क्या कम्प्यूटेशनल एल्गोरिदम प्राप्त कर सकते हैं जटिल शाखाओं में बंटी, आर्किटेक्चर की नकल है कि उन प्रकृति में पाया?

कम्प्यूटेशनल एल्गोरिथ्म है कि उत्पन्न treelike संवहनी आर्किटेक्चर अध्ययन में बनाया गया था के साथ सहयोग में तंत्रिका तंत्र, एक डिजाइन स्टूडियो का उपयोग करता है कि कंप्यूटर सिमुलेशन बनाने के लिए अनूठी कला, गहने और housewares है कि कर रहे हैं द्वारा प्रेरित पैटर्न प्रकृति में पाया.

“हम कर रहे हैं एल्गोरिदम का उपयोग के प्रकृति से प्रेरित करने के लिए बनाने के लिए कार्यात्मक नेटवर्क के लिए ऊतकों ने कहा,” जेसिका Rosenkrantz, सह-संस्थापक और रचनात्मक निदेशक के तंत्रिका तंत्र और एक अध्ययन के सह-लेखक. “क्योंकि हमारे एल्गोरिथम दृष्टिकोण है, यह संभव बनाने के लिए अनुकूलित नेटवर्क के लिए अलग-अलग का उपयोग करता है।”

बनाने के बाद, ऊतकों के नमूनों के साथ इन computationally उत्पन्न नाड़ी आर्किटेक्चर, टीम का प्रदर्शन बोने के endothelial कोशिकाओं के अंदर चैनलों और पर ध्यान केंद्रित अध्ययन के अस्तित्व और समारोह की कोशिकाओं में उगाया जाता है, आसपास के ऊतकों, सहित कृंतक जिगर की कोशिकाओं बुलाया hepatocytes. के hepatocyte किए गए प्रयोगों के साथ सहयोग में वाशिंगटन विश्वविद्यालय के (UW) bioengineer और अध्ययन के सह-लेखक केली Stevens, जिसका अनुसंधान समूह में माहिर अध्ययन नाजुक कोशिकाओं है, जो बेहद मुश्किल कर रहे हैं बनाए रखने के लिए शरीर के बाहर.

“इस विधि का इस्तेमाल किया जा सकता है के साथ एक बहुत व्यापक रेंज की सामग्री कॉकटेल की तुलना में कई अन्य bioprinting प्रौद्योगिकियों,” स्टीवंस ने कहा । “इस बनाता है यह अविश्वसनीय रूप से बहुमुखी है।”

मिलर ने कहा, “हम पता चला है कि छिड़काव के माध्यम से 3 डी संवहनी नेटवर्क की अनुमति देता है हमें को बनाए रखने के लिए इन बड़े liverlike ऊतकों. वहाँ रहे हैं, जबकि अभी भी लंबे समय तक खड़े के साथ जुड़े चुनौतियों को बनाए रखने hepatocyte समारोह, के लिए दोनों की क्षमता की बड़ी मात्रा उत्पन्न ऊतक के लिए और बनाए रखने की कोशिकाओं में उन संस्करणों के लिए पर्याप्त समय का आकलन करने के लिए उनके समारोह में एक रोमांचक कदम आगे है.”



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