Биоинженеры из Университета Райса (Rice University), благодаря технике 3D-биопечати тканей, смогли сделать процедуру создания искусственных органов доступнее и эффективнее. Нововведение позволяет ученым создавать сосудистые сети, которые имитируют естественные кровеносные сосуды организма, дыхательные пути, лимфатические сосуды и другие жизненно важные органы. Результаты данного исследования опубликованы в научном журнале Science.
Актуальность проблемы
Цель биопечати органов обусловлена необходимостью проведения операций по пересадке органов, для которых данная процедура является единственной возможностью для выздоровления. Только в Соединенных Штатах более 100 000 человек находятся в списках ожидания по пересадке органов.
К сожалению, даже те пациенты, кому удалось провести операцию по пересадке органа, все еще сталкиваются с побочными эффектами иммуносупрессивных препаратов для предотвращения отторжения органов.
За последние десять лет биопечатание органов вызвало большой интерес, поскольку теоретически оно могло бы позволить напечатать замещающие органы из собственных клеток пациента. Готовый запас функциональных органов мог бы помочь в лечении миллионов пациентов во всем мире.
«Одним из главных препятствий на пути создания функциональных заменителей органов была неспособность напечатать сложную сосудистую сеть, которая способна поставлять питательные вещества в ткани», – объясняет автор исследования Джордан Миллер (Jordan Miller). «Кроме того, наши органы на самом деле содержат независимые сосудистые сети – такие как дыхательные пути и кровеносные сосуды легких или желчных протоков, и кровеносные сосуды в печени. Эти взаимопроникающие сети физически и биохимически запутаны, а сама архитектура тесно связана с тканью. Наша технология – это первая технология биопечати, которая решает проблему мультиваскуляризации прямым и всеобъемлющим образом».
Материалы и методы обследования
Чтобы решить эту проблему, ученые разработали новую технологию биопечати с открытым исходным кодом, получившую название «стереолитографический аппарат для тканевой инженерии», или SLATE. В технологии используется аддитивное производство мягких гидрогелей по одному слою. Слои печатаются из жидкого раствора гидрогеля, который становится твердым при воздействии синего света. Цифровой проектор излучает свет снизу, отображая последовательные 2D-срезы структуры с высоким разрешением, с размерами пикселей в диапазоне от 10-50 микрон. Таким образом, технология может производить мягкие биосовместимые гели на водной основе со сложной внутренней архитектурой за считанные минуты.
В тестах терапевтических имплантатов для лечения заболеваний печени ученые напечатали 3D ткани, которые имели отдельные отсеки для кровеносных сосудов, и имплантировали их мышам.
Результаты научной работы
Испытания структуры, имитирующей легкие, показали, что ткани были достаточно крепкими, чтобы избежать разрывов во время кровотока и пульсации, ритмичного притока и оттока воздуха, имитирующего давление и частоту дыхания человека. Испытания показали, что эритроциты могут поглощать кислород при прохождении через сеть кровеносных сосудов, окружающих «дышащий» воздушный мешок. Это движение кислорода подобно газообмену, который происходит в альвеолярных мешочках легких.
Также проведенные дополнительные исследования по пересадке напечатанных клеток печени мышам с хроническим повреждением печени показали, что клетки печени благополучно имплантировались.
Авторы другого исследования утверждают, что мобильный прикроватный биопринтер поможет лечить раны.
Ведущий специалист отдела организации клинических исследований, терапевт, врач ультразвуковой диагностики АО «СЗЦДМ» (г. Санкт-Петербург), главный редактор, учредитель сетевого издания Medical Insider, а также автор статей
E-mail для связи – [email protected];
