通过3D打印技术制造与生物系统类似的多血管网络,用于解决厚组织中细胞供氧和养分输送的问题。这些人工血管网络有助于增强3D打印组织和器官芯片的功能性,推动组织替代物的发展。
研究人员设计了一个由两个网络交织组成的模型,一个为蛇形通道,另一个为围绕蛇形通道的螺旋通道。这种设计用于模拟气体交换。在实验中,氧气通过螺旋网络,去氧红细胞(RBCs)通过蛇形网络。研究表明,随着流速降低,去氧红细胞的氧饱和度和氧分压显著增加。
视频2:Serpentine-Helix Model.mp4
视频展示了制作的带有交织血管网络的水凝胶。通过视频演示了红色染料注入螺旋通道并缠绕轴向血管(充满蓝色染料)的过程。还展示了填充不同颜色染料的1级和2级希尔伯特曲线的旋转视频,以及用于立体光刻制造环形模型的层动画,随后是通过(3,10)环形结注入红色染料的过程。最后,展示了通过染料填充环形模型的通道来进行微CT成像和可灌注通道的重建与可视化。
Vascularized Alveolar Model Topology结构是一种由多面体填充空间的泡沫结构模型,该模型用于创建血管和气道的模拟。研究人员使用了由两种几何体组成的单位元(十二面体和十四面体),去除了所有面、内部边缘和顶点,生成了血管骨架。通过将血管结构缩小,并将其嵌套到气道中,研究者得到了一个最终的三维模型。该模型用于模拟气道膨胀和收缩对周围血管的影响。
视频展示了基于Weaire-Phelan泡沫拓扑的仿生肺泡模型的设计与功能。视频演示了气道的周期性通气,同时红细胞通过包裹的血管灌流,展示了附近凹陷气道区域对血管的控制作用。
展示了可扩展的Voronoi肺模拟模型的设计与功能。视频包含动画,解释了肺拓扑算法,其中气道生长,入口和出口血管分别沿气道两侧跟随,所有分支的末端都填充了远端肺单元。此外,展示了远端肺单元的通气和灌注实验,以及通气和灌注过程中观察到的双向血流的彩色滤镜视图。
通过单片水凝胶3D打印的复杂血管内静态混合器,其核心由厚度为150微米的3D扭曲鳍片构成,鳍片在1毫米的圆柱形通道内交替旋向排列。当层流流体通过时,鳍片产生复杂的流体混合效果。随着鳍片数量的增加,流体混合速率明显提高。这种设计适用于微流控系统,能够快速、有效地混合流体,为血管网络或生物打印中的流体控制提供了精准解决方案。
视频5:Intravascular Static Mixer.mp4
视频展示了功能性血管内双尖瓣的设计和性能。电影先展示双尖瓣的设计,然后通过相位对比成像和荧光成像演示荧光微珠在顺行流动和逆行流动中的表现。顺行流时,瓣膜打开,逆行流时,瓣膜关闭。同时,展示了顺行流期间在窦区出现的镜像涡流现象。
Vascularized Hepatic Hydrogel Carrier(血管化肝水凝胶载体)是一种用于肝细胞移植的生物材料载体,具有内置的血管结构,能够模拟体内的血管环境。通过将肝细胞聚集体嵌入水凝胶中并在其中添加内皮细胞,形成预血管化的网络,从而提高移植后的细胞存活率和功能性。这种载体有助于肝细胞与宿主组织及血液系统的整合,在组织工程和再生医学中提供了新的治疗途径,特别是在肝脏修复和再生领域。
该模型用于评估水凝胶组织中细胞活性。该模型通过解冻冷冻保存的哺乳动物细胞,将其快速整合到具有血管结构的可灌流水凝胶中。模型的特点是利用氧化红细胞进行灌流,这显著增强了表达萤火虫荧光素酶的细胞功能,表现为细胞发出的光信号增加。这一过程依赖于细胞中ATP和氧气的供应,使得该模型特别适合研究氧气对细胞活性的影响,同时也为组织工程和再生医学中的非侵入性细胞功能检测提供了理想的平台。
视频6:Oxidized Blood Perfused Functional Hydrogel Model.mp4
视频展示了使用含有荧光素底物的培养基灌注制作的组织构造的发光成像,这些构造包含去氧或氧化的红细胞。氧化的红细胞灌注的组织中表达Luc2P的HEK细胞的发光性得到了增强。视频展示了完整的时间过程,显示了不同时间点的组织发光变化。