Денис Беспалов
редактор розділів Політика і Економіка" Тривимірний біодрук виконав довгий шлях, починаючи з тих ранніх днів, коли біоінженери вперше замінили чорнило живими клітинами. За даними 2012 року, на кожного донора було зареєстровано понад вісім пацієнтів в списку очікування, черга і зараз ще продовжує вибудовуватися на багато років вперед. Можливість друку функціонуючих органів змогла б докорінно змінити таку ситуацію і врятувати життя тисяч людей. Але чи досяжна ця мета? Деякі вчені все ще сумніваються, що біодрук зможе коли-небудь створити людські органи, які реально функціонують, пише "Ортодокс".
Звичайно, дослідникам ще належить подолати чимало труднощів, але роботи по всіх напрямах усередині ведуться. Деякі експерти пророкують, що "надруковані" таким чином органи будуть функціонувати навіть краще, ніж справжні.
Останнім проривом в області тривимірного друку стало створення тканин, наповнених кровоносними судинами.
Як надрукувати судини
Стрімкий розвиток органної інженерії вимагає здатності копіювати людські тканини і створювати життєздатні органи, які будуть в змозі існувати тривалий період часу.
До теперішнього часу біометричні методи застосовувалися тільки до створення тонких тканин, які здатні існувати зовсім невеликий проміжок часу. Тепер же вчені змогли поліпшити фізіологічні складові тканин за допомогою методу 3D-біодруку васкуляризованих тканин (тканин, наповнених кровоносними судинами). Товщина таких тканин перевищує 1 см, а час їх подальшого розвитку та функціонування становить понад шість тижнів. Зокрема, дослідники об'єднали паренхіму, строми і ендотелій (клітинні структури, які виконують різні функції) в єдину товсту тканину, створюючи її різними "чорнилом", скомпонованими з людських мезенхімальних стовбурових клітин (hMSCs) і людських неональних шкірних фібробластеров (hNDFs). Дане дослідження було опубліковано в журналі PNAS.
Для створення подібних тканин використовувалися надруковані силіконові форми, всередині яких розміщувалися сітки судинних каналів, що містять живі стовбурові клітини. За підсумками складного формування та поетапного збору структура м'яких тканин рясніла кровоносними судинами.
Через входи і виходи на протилежних кінцях можна було постійно постачати тканини кров'ю і поживними речовинами, що забезпечило таке тривале виживання клітин, їх зростання і стабільне функціонування.
Здатність створювати васкуляризовані тканини забезпечить потенційну можливість того, що вони зможуть набагато ефективніше приживатися в організмі людини завдяки хірургічним з'єднанням з кровоносною системою судин людини. За словами вчених, ці відкриття дозволять подолати багато проблем, які раніше стримували розвиток тканинної інженерії.
Універсальна решітка
Не так давно вчені розробили метод 3D-друку для виробництва універсальних "будівельних блоків" майже для будь-яких тканин організму, тканинних структур і, можливо, навіть мікроорганізмів з ембріональних стовбурових клітин. Результати цієї роботи вчених з Університету Цінхуа в Пекіні і Університету Дрексел у Філадельфії були опубліковані в журналі Biofabrication.
Новий спосіб, запропонований дослідниками, – це тривимірний друк структури, нагадує решітку. І хоча в цій структурі клітини не показують такого ж рівня універсальності і діляться не так рівномірно, як природні, – оскільки вони починають змінюватися під впливом оточення, вони демонструють високу ступінь самооновлення і плюріпотентність протягом семи днів. Це означає, що такі клітини можуть розвинутися практично в будь-яку тканину нашого організму в залежності від необхідності.
Для тривимірного друку такого типу використовуються ембріоідні тільця – структури, що імітують предимплантационну стадію розвитку, вони використовуються для вивчення стовбурових клітин in vitro (у пробірці). У майбутньому вчені, змінюючи розмір клітин і інші параметри друку, сподіваються створити досконаліші "будівельні блоки", за допомогою яких можна було б заліковувати рани і експериментально тестувати ліки.
Вуха, м'язи і кістки
Зовсім недавно сучасні біопринтери змогли розпечатати кістки, м'язи і навіть вухо. Ці органи фахівці успішно імплантували гризунам. З результатами роботи можна ознайомитися в престижному науковому журналі Nature Biotechnology.
В ході дослідження американські вчені надрукували на біопринтері вуха, м'язи і кістки і імплантували їх гризунам – мишам, кроликам і щурам. Результати виявилися багатообіцяючими: наприклад, через два тижні після операції надрукований на біопринтері м'яз спричинив за собою утворення нервів у щурів.
А кісткові імплантати, які були надруковані з використанням людських стовбурових клітин і імплантовані в організм гризунів, викликали у останніх формування системи кровоносних судин, що було виявлено після закінчення п'яти місяців.
Як "чорнила" в біопринтері, що друкують м'язи, хрящі і кістки, американські вчені пропонують використовувати синтетичні полімери – штучно отримані матеріали шляхом синтезу простих низькомолекулярних субстанцій. За словами авторів дослідження, синтетичні полімери забезпечуватимуть "структурну і архітектурну цілісність нового органу".
Головні теми