Оптимізація технології 3D- біодруку васкуляризованих тканин

Abstract

У кваліфікаційній роботі розглянуто питання оптимізації технології 3D-біодруку васкуляризованих тканин як одного з ключових напрямів сучасної біомедичної інженерії та регенеративної медицини. Основну увагу зосереджено на дослідженні впливу технологічних параметрів екструзійного біодруку та реологічних властивостей біочорнил на процес формування судинних каналів у гідрогелевих структурах.

Проведено аналітичний огляд сучасних методів і підходів до 3D-біодруку васкуляризованих тканин, класифіковано основні технології біодруку, охарактеризовано матеріали та біочорнила, що застосовуються для створення мікросудинних мереж. Розглянуто біологічні та інженерні вимоги до васкуляризованих тканинних конструктів, зокрема вимоги до геометричної стабільності каналів, масоперенесення та гідродинамічних умов.

У роботі використано методи математичного та CFD-моделювання для аналізу течії біочорнила в соплі біопринтера та прогнозування параметрів сформованого судинного каналу. Досліджено вплив діаметра сопла, тиску подачі, швидкості друку та в’язкості матеріалу на рівномірність і відтворюваність каналів. Отримані результати можуть бути використані для оптимізації технологічних режимів 3D-біодруку та підвищення якості васкуляризованих тканинних конструктів у лабораторних і промислових умовах.The qualification work is devoted to the optimization of 3D bioprinting technology for vascularized tissues as one of the key areas of modern biomedical engineering and regenerative medicine. The study focuses on investigating the influence of extrusion-based bioprinting parameters and rheological properties of bioinks on the formation of vascular channels in hydrogel structures.

An analytical review of current methods and approaches to 3D bioprinting of vascularized tissues is presented. The main bioprinting technologies are classified, and commonly used materials and bioinks for microvascular network formation are analyzed. Biological and engineering requirements for vascularized tissue constructs are considered, including channel geometric stability, mass transport, and hydrodynamic conditions.

Mathematical modeling and computational fluid dynamics (CFD) analysis were applied to study the flow behavior of bioinks inside the printer nozzle and to predict the parameters of the formed vascular channels. The effects of nozzle diameter, extrusion pressure, printing speed, and material viscosity on channel uniformity and reproducibility were investigated. The obtained results can be used to optimize technological regimes of 3D bioprinting and to improve the quality of vascularized tissue constructs under laboratory and industrial conditions.