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题名大体积工程组织营养供给可定制的血管网仿生设计方法
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作者
贺潮淼
关宇珩
郑雄飞
王赫然
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机构
中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室
中国科学院大学
哈尔滨工业大学
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出处
《中国组织工程研究》
北大核心
2026年第29期7539-7547,共9页
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基金
中科院青年科学家基础研究项目(YSBR-041)。
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文摘
背景:构建有效的血管网对于大体积组织和器官的成功再生至关重要。目前血管网数字模型设计方法多依赖于固定的几何规则,难以满足不同材料和形状的工程组织的代谢需求,现有的分级式血管网因其分级规则导致扩散覆盖不足、营养供给率低。目的:提出一种基于发育仿生原理的血管网体素模型设计方法,能够根据目标组织的代谢活性距离自动生成定制化的体素血管网结构。方法:通过体素化技术模拟血管内皮细胞的迁移、聚集等生物学行为,对凝胶材料进行扩散实验,并基于菲克定律进行数据拟合,构建代谢-扩散耦合快速计算模型,基于该模型实现以代谢活性距离快速判别营养供给情况和划分低营养区域,从而模拟血管发育的动态重塑过程,以迭代地优化体素血管网模型的结构,直到营养供给率达到算法设定值。结果与结论:与传统分级式设计方法相比,发育仿生式血管网设计在基于甲基丙烯酰化明胶(GelMA)水凝胶的长方体组织模型的代谢扩散仿真中,营养供给充足体积和单位体积营养贡献方面提高了25.53%,并成功为肾形和肺泡形等复杂形状的工程组织器官自动生成营养供给充足的血管网体素模型,验证了血管网发育仿生设计的优势与研究潜力。研究为在大体积工程组织和解剖学复杂器官中设计血管网数字模型提供了一种新的技术途径。
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关键词
仿生血管网结构
工程器官设计
体素化设计
生成式算法
血管网设计
组织修复
器官制造
生物3D打印
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Keywords
biomimetic vascular network structure
engineered organ design
voxel-based design
generative algorithms
vascular network design
tissue repair
organ manufacturing
3D bioprinting
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分类号
R496
[医药卫生—康复医学]
R318
[医药卫生—生物医学工程]
R314
[医药卫生—基础医学]
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