LLNL科学家使用生物3D打印技术了解癌症的扩散
时间:2020-08-28 11:28 来源:中国3D打印网 作者:中国3D打印网 点击:次
| 中国3D打印网8月28日讯，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）的研究人员将3D生物打印与计算流程模拟相结合，以更好地了解转移过程中癌症的扩散。 该团队与杜克大学的科学家一起，将肿瘤细胞注射到3D打印的脑细胞结构中。通过对过程进行流体动力学分析，该团队能够确定肿瘤附着在何处，为潜在的预测模型铺平了道路。利用研究人员新颖的基于计算机建模的方法，未来的临床医生可以预测癌细胞在个体患者中的扩散。 LLNL研究的首席研究员莫妮卡·莫亚（Monica Moya）表示：“计算建模绝对是一个有用的工具，但您仍然需要将其与真实事物进行基准测试。通过这种方法，我们可以根据验证模型的需要，使生物学变得简单而干净，并且可以增加生物学和计算模型的复杂性。生物学中的物理问题，该论文确实提供了一个框架，因为您可以如何在体外模型中使用这些模型并进行模拟，以真正增强该领域的实力。”  在LLNL进行的计算机分析揭示了癌细胞聚集在3D打印的血管结构中的模式。图片来自LLNL。 急需3D打印癌症解决方案 150多年以来，人们已经知道癌细胞可以侵入继发部位并引起肿瘤，但是要预测这些生长的确切轨迹仍然是不可能的。医生目前无法早期定位和治疗癌症，这使得它们很难治疗，而且当大脑中出现生长时，它们几乎总是致命的。莫亚描述了癌细胞扩散，附着并生长在血管壁上的过程，就像在土壤中种植种子一样。 莫亚解释说：“肿瘤细胞倾向于从原发肿瘤中逃逸，并通过脉管系统传播。它们最终附着在血管壁上，穿过内皮进入组织，并像种子一样在土壤中生长。” 由于研究中每个血管系统之间的分化因子数量众多，因此通过研究进一步了解细胞在何处着陆几乎是不可能的。测量机械力（例如，体内动态流体流动）还需要大大简化现有的测试模型，从而限制了它们在得出结论时的用处。尽管先前有关癌症生长的大量研究都涉及计算机建模，但通过原位测试验证这些假设非常重要。如果证明正确，那么这些理论将成为理解流型，血管几何形状和组织顺应性在血管内播种中的作用的关键。因此，拥有高度详细的模型对于充分利用癌症研究的洞察力至关重要。 尽管验证的重要性，但方法通常仅限于使用微流体设备，这些设备没有管状通道或血管顺应性，这是体内模型的两个重要特征。微流体设备还缺少循环肿瘤细胞（CTC）可用的全部附着位点，并且它们的几何形状无法在模型之间精确复制。  LLNL小组的血管结构显示出与真实人脑组织相同的储能模量。图片来自LLNL。 LLNL团队基于水凝胶的设备 为了克服现有微流体设备的局限性，LLNL团队开发了一种基于水凝胶的血管流动设备。利用定制的基于挤出的3D打印机，可以对牺牲生物墨水进行图案化，然后将其嵌入到明胶纤维蛋白水凝胶中。然后排空光通道，并注入永生化的人脑内皮细胞，形成血管样组织。 尽管使用水凝胶可以实现多种血管几何形状，但研究人员最初选择制造简化的笔直和分支几何形状。通过从基本结构入手，该团队旨在根据测试过程中的许多连续小变化得出更广泛的结论。血管总的来说是小动脉的大小，有两个45°分层分支点，子血管直径越来越小。
为了测试其附加的血管系统，LLNL团队将其连接到气动流体供给系统。 7天后，内皮细胞完全覆盖了所有暴露的通道表面，形成了内皮衬层的汇合层。随后，对容器进行一系列流速测试，并用共聚焦显微镜成像以评估其对变化流速的响应。 中国3D打印网编译文章！ (责任编辑：admin) |
