למעלה מ-100,000 אנשים בארצות הברית זקוקים כיום להשתלות איברים. הביקוש לאיברים, כמו לבבות, כליות וכבדים, עולה בהרבה על ההיצע הזמין ואנשים ממתינים לפעמים שנים כדי לקבל איבר שנתרם. כ-6,000 אמריקאים מתים בזמן ההמתנה מדי שנה.
הנדסת רקמות ליצירת איברים ורקמות שגדלו במעבדה נועדה לסגור את הפער בין זמינות האיברים לבין הביקוש להשתלות. אבל אתגר אחד גדול בהנדסת רקמות הוא יצירת רשתות כלי דם באיברים מלאכותיים שפועלים כמו טבעיים, מנימים זעירים ועד עורקים גדולים יותר. עיצובים מסורתיים של כלי דם מלאכותיים לרוב אינם מחקים את העיצוב הטבעי הדרוש לתפקוד תקין בגוף.
עם זאת, מחקר חדש מראה את האפשרות להשתמש בהדפסת קרח תלת מימדית כדי לסייע ביצירת מבנים הדומים לכלי דם בגוף. Feimo Yang, סטודנט לתואר שני במעבדות של פיליפ לדוק ובוראק אוזדוגנלר באוניברסיטת קרנגי מלון, יציג את מחקרם ב-68ה' מפגש שנתי של האגודה הביופיזיקלית, שיתקיים ב-10 – 14 בפברואר 2024 בפילדלפיה, פנסילבניה.
הדפסת קרח תלת מימדית כוללת בדרך כלל הוספת זרם מים למשטח קר מאוד.
מה שמייחד את השיטה שלנו מסוגים אחרים של הדפסה תלת מימדית הוא שבמקום לתת למים לקפוא לחלוטין בזמן שאנחנו מדפיסים, אנחנו נותנים להם לשמור על שלב נוזלי למעלה. תהליך מתמשך זה, שהוא מה שאנו מכנים freeform, עוזר לנו לקבל מבנה חלק מאוד. אין לנו אפקט שכבות אופייני להדפסות תלת מימד רבות."
Feimo Yang, סטודנט לתואר שני, אוניברסיטת קרנגי מלון
הם השתמשו גם במים כבדים, צורת מים שבה אטומי המימן מוחלפים בדאוטריום, מה שמעניק למים נקודת קיפאון גבוהה יותר, ועוזר ליצור את המבנה החלק.
תבניות הקרח המודפסות בתלת-ממד מוטבעות לאחר מכן בחומר ג'לטין, GelMA. כאשר הוא נחשף לאור UV, הג'לטין מתקשה, והקרח נמס ומשאיר מאחוריו תעלות מציאותיות של כלי דם.
החוקרים הוכיחו בהצלחה שהם יכולים להחדיר תאי אנדותל, כמו אלה בכלי הדם, לתוך כלי הדם המיוצרים. התאים שרדו על הג'לטין עד שבועיים. (בעתיד, הם מתכוונים לטפח את התאים הללו למשך זמן ארוך יותר.)
בנוסף לשימוש הפוטנציאלי להשתלת איברים, יאנג מציין כי ניתן להשתמש בכלי דם מודפסים בתלת מימד לבדיקת השפעות התרופות על כלי הדם. הם יכולים גם להיות מצופים בתאים של המטופל עצמו כדי לראות כיצד התאים מגיבים לטיפול תרופתי לפני מתן אותו למטופל.
גישה חדשנית זו עשויה להוות צעד משמעותי קדימה ביצירת רשתות כלי דם מורכבות ודמויות חיים לשימוש בהנדסת רקמות.
