Tu Wien (Austria) dan Universitas Keio (Jepang) kini telah menemukan cara untuk membuat pembuluh darah buatan dalam model organ miniatur dengan cara yang cepat dan dapat direproduksi.
Representasi skematis dari lobulus hepatik (kiri) dan pandangan 3D dari lobulus hepatik vaskularisasi pada chip setelah 9 hari kultur (kanan)
“aria-haspopup =” dialog ”
Saluran bermotif laser endotelialisasi setelah 7 hari kultur (kiri) dan pemandangan yang diperbesar dari microvessel bernoda imunofluoresensi (CD31 dalam warna merah, nuklei berwarna biru)
“aria-haspopup =” dialog ”
Bagaimana kita bisa menyelidiki efek obat baru? Bagaimana kita bisa lebih memahami interaksi antara organ yang berbeda untuk memahami respons sistemik? Dalam penelitian biomedis, yang disebut organ-on-a-chip, juga disebut sebagai sistem mikrofisiologis, menjadi semakin penting: dengan menumbuhkan struktur jaringan dalam chip mikrofluida yang dikendalikan secara tepat, dimungkinkan untuk melakukan penelitian lebih akurat daripada dalam percobaan yang melibatkan manusia hidup atau hewan.
Namun, ada hambatan utama: mini-organ seperti itu tidak lengkap tanpa pembuluh darah. Untuk memfasilitasi studi sistematis dan memastikan perbandingan yang bermakna dengan organisme hidup, jaringan pembuluh darah dan kapiler perfusi harus dibuat – dengan cara yang dapat dikendalikan secara tepat dan dapat direproduksi. Inilah yang sekarang telah dicapai di Tu Wien: tim menetapkan metode menggunakan pulsa laser ultrashort untuk membuat pembuluh darah kecil dengan cara yang cepat dan dapat direproduksi. Eksperimen menunjukkan bahwa kapal -kapal ini berperilaku seperti di jaringan hidup. Lobulus hati telah dibuat pada chip dengan sukses besar.
Sel nyata dalam saluran mikro buatan
“Jika Anda ingin mempelajari bagaimana obat -obatan tertentu diangkut, dimetabolisme, dan diserap dalam jaringan manusia yang berbeda, Anda memerlukan jaringan vaskular terbaik,” kata Alice Salvadori, anggota kelompok penelitian 3D pencetakan dan biofabrikasi yang didirikan oleh Prof. Aleksandr Ovsianikov di TU Wien.
Idealnya pembuluh darah seperti itu harus dibuat langsung dalam bahan khusus yang disebut hidrogel. Hidrogel memberikan dukungan struktural untuk sel hidup, sementara permeabel mirip dengan jaringan alami. Dengan membuat saluran kecil di dalam hidrogel ini, menjadi mungkin untuk memandu pembentukan struktur seperti pembuluh darah: sel endotel – sel -sel yang melapisi bagian dalam pembuluh darah asli dalam tubuh manusia – dapat mengendap di dalam jaringan saluran ini. Ini menciptakan model yang secara erat meniru struktur dan fungsi pembuluh darah alami.
Tantangan utama sejauh ini adalah geometri: bentuk dan ukuran jaringan mikrovaskuler ini sulit dikendalikan. Dalam pendekatan berbasis swadaya, geometri kapal bervariasi secara signifikan dari satu sampel ke sampel lainnya. Ini membuat tidak mungkin untuk menjalankan eksperimen yang dapat direproduksi, secara tepat terkontrol – namun itulah yang dibutuhkan untuk penelitian biomedis yang andal.
Presisi hidrogel dan laser yang ditingkatkan
Oleh karena itu, tim di Tu Wien mengandalkan teknologi laser canggih: dengan bantuan pulsa laser ultrashort di kisaran femtosecond, struktur yang sangat tepat3D dapat ditulis langsung ke dalam hidrogel – dengan cepat dan efisien.
“Kami dapat membuat saluran yang hanya berjarak seratus mikrometer. Itu penting ketika Anda ingin meniru kepadatan alami pembuluh darah di organ tertentu,” kata Aleksandr Ovsianikov.
Tapi ini bukan hanya tentang presisi: pembuluh darah buatan harus dibentuk dengan cepat dan juga tetap stabil secara struktural setelah mereka dihuni dengan sel -sel hidup. “Kita tahu bahwa sel -sel secara aktif merombak lingkungan mereka. Itu dapat menyebabkan deformasi atau bahkan runtuhnya kapal,” jelas Alice Salvadori. “Itu sebabnya kami juga meningkatkan proses persiapan material.”
Alih-alih menggunakan metode gelasi satu langkah standar, tim menggunakan proses penyembuhan termal dua langkah: hidrogel dihangatkan dalam dua fase, menggunakan suhu yang berbeda, bukan hanya satu. Ini mengubah struktur jaringannya, menghasilkan bahan yang lebih stabil. Kapal yang terbentuk dalam bahan tersebut tetap terbuka dan mempertahankan bentuknya dari waktu ke waktu.
“Kami tidak hanya menunjukkan bahwa kami dapat menghasilkan pembuluh darah buatan yang sebenarnya dapat diperfusi. Yang lebih penting adalah: kami telah mengembangkan teknologi yang dapat diskalakan yang dapat digunakan pada skala industri”, kata Aleksanr Ovsianikov. “Hanya perlu 10 menit untuk pola 30 saluran, yang setidaknya 60 kali lebih cepat dari teknik lainnya.”
Simulasi Peradangan: Reaksi Alami pada Chip
Jika proses biologis harus dimodelkan secara realistis pada sebuah chip, jaringan buatan harus berperilaku seperti rekan -rekan alami mereka. Dan ini juga telah ditunjukkan:
“Kami menunjukkan bahwa pembuluh darah buatan ini dijajah oleh sel -sel endotel yang merespons seperti yang nyata dalam tubuh,” kata Alice Salvadori. “Misalnya, mereka bereaksi terhadap peradangan dengan cara yang sama – menjadi lebih permeabel, seperti pembuluh darah asli.”
Ini menandai langkah penting menuju membangun teknologi lab-on-a-chip sebagai standar industri di banyak bidang penelitian medis.
Sukses besar dengan jaringan hati
“Menggunakan pendekatan ini, kami dapat melakukan vaskularisasi model hati. Bekerja sama dengan Universitas Keio (Jepang), kami mengembangkan lobul hati-on-chip yang menggabungkan jaringan vaskular 3D yang terkontrol, dengan cermat meniru pengaturan in vivo dari vena sentral dan sinusoid”, kata Aleksand Ovsianikov.
“Mikrovaskulatur liver yang padat dan rumit telah lama menjadi tantangan dalam penelitian organ-on-chip. Dengan membangun beberapa lapisan microvessel yang mencakup seluruh volume jaringan, kami dapat memastikan nutrisi yang memadai dan penemuan oksigen-yang pada gilirannya mengarah pada peningkatan aktivitas metabolik dalam model hati. Kami percaya bahwa tawaran ini,” pada gilirannya, mengintegrasikan langkah-langkah metabolik dalam model hati. Kami percaya bahwa tawaran ini, “pada gilirannya, mengintegrasikan langkah metabolik dalam model hati. Kami percaya bahwa tawaran ini,” pada gilirannya, mengintegrasikan langkah metabolik dalam model hati. Kami percaya bahwa tawaran ini, “pada gilirannya, mengintegrasikan langkah metabolik dalam model hati. Kami percaya bahwa tawaran ini ini adalah tinja. Masafumi Watanabe (Universitas Keio).
“Teknologi OOC dan teknologi laser canggih bekerja sama dengan baik untuk menciptakan model pembuluh darah dan jaringan hati yang lebih andal. Salah satu terobosan penting adalah kemampuan untuk membangun jaringan kecil pada chip yang memungkinkan cairan mengalir melalui mereka, mirip dengan bagaimana aliran darah ini dapat mengangguk. Perawatan dan perawatan kesehatan di masa depan “, kata Prof. Ryo Sudo di Universitas Keio.
Publikasi asli
A. Salvadori et al., Mikrovaskulatur terkontrol untuk aplikasi organ-on-a-chip yang diproduksi oleh pola laser definisi tinggi, biofabrikasi (2025), 10.1088/1758-5090/add37e
Informasi lebih lanjut tentang percobaan dengan jaringan hati:
M. Watanabe et al., Model liver-on-chip canggih meniru lobulus hati dengan jaringan mikrovaskular kontinu melalui pola laser definisi tinggi, bahan hari ini Bio, 32, 101643 (2025).
