アイントホーフェン工科大学: 研究者らが3Dプリンターを使って微小血管構造を複製

出典: 創翔3D

微小血管とは、心臓血管系にある顕微鏡でしか見ることができない小さな血管を指します。微小血管とは、細動脈と静脈を結ぶ細い血管のことで、さまざまな組織や臓器に分布し、枝分かれしてネットワークを形成していることから、末端血管床とも呼ばれます。血管系についてはよくご存知かもしれませんが、毛細血管系が体内で重要な役割を果たしていることに気付いていないかもしれません。これらの微小血管は微小循環を担っています。

微小血管は細動脈、毛細血管、動脈細胞などで構成されており、バイオプリントされた血管スキャフォールドから微小血管手術用の 3D プリントモデル、実用的な 3D プリント生物組織まで、血管系は過去数年間に何度も 3D プリントと関連付けられてきました。

最近まで、研究者たちは「チップ上の臓器」などのデバイスに向けて、3D プリンターで作られたマイクロ流体システムを模倣し、再現する方法を見つけるという課題に直面していました。アイントホーフェン工科大学の科学者チームは、この方法をさらに研究しており、昨年モントリオールで開催されたナノバイオテクノロジーのポスターセッションで発表された「微小血管を模倣した円形マイクロ流体チャネルの3Dプリント」で説明している。

血管構造を模倣し、独立した炭水化物硝子体構造が組み込まれた 3D プリント鋳造フレームワーク。ネットワーク構造に、PDMS に溶解した炭水化物ガラス溶液を灌流し、続いて染料溶液を灌流しました。スケールバーは 500 μm です。

研究者らが提案した選択肢の 1 つは、炭水化物ガラス質マトリックスを使用した 3D プリントですが、アイントホーフェンの科学者らは、部品を小型化しながら製造プロセスで複数の種類の材料を使用したいと考えています。「私たちの主な焦点は、直径を微小血管のサイズに近いもの、つまり 10 ～ 500 マイクロメートルの範囲に縮小し、血管の直径を変えることができる階層的な 3D 分岐ネットワークを設計できるようにすることです。」

チームは、Nordson EFD Performus III 圧力制御システムに接続された加熱バレルを備えた 3D プリンターを構築しました。標準ノズルの直径は0.4ミリメートルで、研究者らは動きを制限したり加速したりすることで直径の限界を調整することができた。自己支持型炭水化物ガラス質マトリックスを材料として使用すると、複雑な形状を印刷する際の自由度が高まります。多くの 3D プリント研究プロジェクトと同様に、温度制御が不適切だと部品が変形する可能性があるため、温度は重要な考慮事項です。

炭水化物繊維は、水滴から印刷フレームを通して 600 mm/分の速度で連続的に供給されました。 3 本の繊維の顕微鏡画像。上と下は左から右へ、中央は右から左へ、速度 600 mm/分で配置。繊維径は約 100 μm。

ボックスプロットの直径は、プラットフォームの異なる移動速度を表します。速度を上げると、ファイバー挿入のばらつきと平均直径が減少します。300 mm/分での直径の大きなばらつきは、ファイバーの先細りの形状によって説明でき、ファイバーの始まりと終わりで直径が異なります。これは、ノズルの先端で液滴が固まり、残る材料が少なくなることが原因であると考えられます。

研究者らは、3Dプリントの微小血管に関する研究の大部分は、製造における熱要素の制御を中心に展開すると述べている。「これにより、ネットワーク設計の自由度が高まり、ファイバーの戻りフローを正確に制御して単一の平面接続を形成する可能性がもたらされる」と研究者らは結論付けた。「最後に、3Dプリントモデルは、微小血管ネットワークを通る血液と血液中の粒子の流れを研究するために使用され、微小血管系における灌流と粒子分布の相互作用についての理解を深めることにつながります。

出典: 創翔3D

アイントホーフェン工科大学: 研究者らが3Dプリンターを使って微小血管構造を複製

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