מחלות מוחיות כמו טרשת עורקים ושבץ מוחי נותרו גורם עיקרי לתחלואה ותמותה ברחבי העולם. מאפיין נפוץ של מחלות אלה הוא היצרות כלי הדם, כלומר צמצום כלי הדם, המשבשים את זרימת הדם הרגילה ותורמת לדלקת כרונית בדופן הכלי. תאי אנדותל המצפים את כלי הדם ממלאים תפקיד מפתח בחישת לחץ גזירה מזרימת הדם ומגיבים להמודינמיקה מופרעת על ידי ביטוי מולקולות פרו-דלקתיות. עם זאת, לימוד תופעה זו in vivo הוא מאתגר בגלל המורכבות והשונות של מערכות החיים.
מָסוֹרתִי בַּמַבחֵנָה מודלים, כולל תרבויות סטטיות ומכשירים מיקרו -פלואידיים, נופלים לעתים קרובות משכפול המורכבות המבנית, המכנית והביולוגית של הסביבה המוחית האנושית. זה מדגיש את הצורך במודל רלוונטי יותר מבחינה פיזיולוגית כדי ללמוד כיצד דפוסי זרימה לא תקינים מניבים תפקוד לאנדותל ודלקת.
כדי לגשר על פער המחקר הביקורתי הזה, צוות שיתופי בראשותו של פרופסור בוטונג סו קים והחוקר מין-ג'ו צ'וי מהאוניברסיטה הלאומית של פוסאן, יחד עם פרופסור דונג-וו צ'ו וד"ר וונבין מאוניברסיטת פוהאנג למדע וטכנולוגיה (Postech), פיתחו תלת מימד דנס בתלת מימד. בַּמַבחֵנָה מודל של כלי דם מוחיים סטנוטיים. המחקר פורץ הדרך שלהם פורסם באופן מקוון בכתב העת חומרים פונקציונליים מתקדמים ב- 24 ביוני 2025. "השתמשנו בטכניקת הדפסת ביו קואקסיאלית משובצת רומן לייצור מהיר צינורות כלי הדם הניתנים לשכלת עם היצרות לומינית מבוקרת"מסביר פרופ 'קים."ביו-סינק שלנו, הכלאה של מטריצה חוץ-תאית מפורקת באבי העורקים (DECM), קולגן ואלגינט, הציעו הן חוזק מכני והן רמזים ביולוגיים חיוניים לתמיכה בחיבור תאי אנדותל ותפקוד"
הכלים המנופטים הביולוגיים עטפו תאי אנדותל אנושיים, כולל וריד טבור (HUVECs) ותאי מיקרו -וסקולריים מוחיים (HBMECs), ונחשפו לתנאי זרימה המדמים כלי דם רגילים וגם סטנוטיים. הדגם מפוברק בהצלחה in vivo תנאי זרימת הדם וחיקו גיאומטריות סטנוטיות הקשורות למחלות מוחיות. הדמיות דינמיקות נוזלים חישוביות וניסויי חרוזי עקבות אישרו כי אזורים סטנוטיים ייצרו דפוסי זרימה מופרעים, האופייניים לאלה שנראו בכלי טרשת עורקים. כלי השיט האנדותליזציה הראו כיסוי רציף והביעו את כל חלבוני הצומת, כולל CD31, VE-cadherin ו- ZO-1. הספינות שמרו גם על שלמות המכשול על ידי הדגמת חדירות סלקטיבית. ראוי לציין כי בתנאי זרימה מופרעים, הייתה ויסות משמעותי של סמנים דלקתיים, סימני ההיכר של מחסום אנדותל בוגר.
"טכנולוגיית הדפסת ביולוגית תלת מימדית זו מסמנת התקדמות משמעותית במודלים של מחלות מוחיות על ידי מאפשרת כלי שיט מדויקים ורלוונטיים מבחינה פיזיולוגית"משתף פרופ 'קים. באמצעות הדפסה ביולוגית מבוססת ECM ומדחיית ביו קואקסיאלית, המשכפל המודל לגיאומטריה של כלי שיט סטנוטי ודינמיקת זרימה, ומספק פלטפורמה מציאותית לחקר דלקת אנדותל הנגרמת על ידי זרימה. על ידי תאימותה עם גשש בין פשטות מרחבים את תאי האנדותל מרחבים את כלי השימוש שלה בדוגמניות מחלה. בַּמַבחֵנָה מערכות ומורכבות in vivo דגמים, פלטפורמה זו מפחיתה גם את ההסתמכות על בדיקת בעלי חיים ומשפרת את סינון התרופות והערכות הרעילות.
חידודים עתידיים כמו שילוב ECM ספציפי למוח, תאי תמיכה בתרבות כלי הדם, ושימוש בתאים הנגזרים מהמטופלים עשויים לשפר עוד יותר את הדיוק הפיזיולוגי ואת הדוגמנות הספציפית למטופלים. שילוב עם פלטפורמות אורגנים על שבבים וניתוח מונע AI יכול גם לאפשר ניטור בזמן אמת אחר תגובות האנדותל לטיפולים.
לסיכום, מחקר זה מספק פלטפורמה חזקה ומגוונת להנדסת רקמות מוחיות. כאשר טכנולוגיות הדפסה ביולוגית ממשיכות להתפתח, הן מחזיקות בפוטנציאל לשנות את האופן בו אנו לומדים ומטפלים במחלות כמו שבץ מוחי וטרשת עורקים, מאיצים את הגילוי הטיפולי ופיתוח התערבויות בהתאמה אישית.
