Прорыв в 3D биопечати приводит к полноценному функционированию частей сердца

Москва, 09:12, 05 Авг 2019, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

На фото сердечный клапан, созданный с 3D-печатью исследователями из Университета Карнеги-Меллона

На ранних стадиях биопечать человеческих тканей является новой технологией, которая открывает некоторые захватывающие возможности, в том числе возможность быстрой 3D-печати целых человеческих органов. Эта научная цель стала немного ближе: исследователи из Университета Карнеги-Меллона сообщили о прорыве, позволившем печатать полноразмерные компоненты сердца, которые в некоторых случаях функционировали подобно реальным.

Специализированные клетки, которые составляют различные органы в организме человека, склеены друг с другом так называемым внеклеточным матриксом (ECM). Это сеть белков, которая не только удерживает все вместе, но и обеспечивает биохимическую передачу сигналов, необходимую для нормальной, здоровой функции органа. Коллаген является белком, который играет ключевую роль в этой структурной целостности, но, когда дело доходит до биопечати, также возникает ряд уникальных и заметных проблем.

«Коллаген является чрезвычайно желательным биоматериалом для 3D-печати, потому что он составляет буквально каждую ткань в вашем теле», — объясняет Эндрю Хадсон, один из первых авторов новой статьи. «Что делает 3D-печать настолько трудной, так это то, что она начинается как текучая среда — поэтому, если вы попытаетесь напечатать ее в воздухе, она просто образует лужу на вашей платформе сборки. Поэтому мы разработали технику, которая предотвращает это от деформации».

Метод Хадсона относится к центрам из специально разработанного гидрогеля, который команда ученых была в состоянии использовать в качестве временной опорной конструкции, чтобы предотвратить коллаген от разрушения. Гель служит в качестве «ванны», позволяя коллагену наноситься послойно, чтобы сформировать твердую структуру внутри него. Затем опорный гель можно удалить из полученной детали, просто нагревая его до комнатной температуры, оставляя напечатанную структуру коллагена на месте.

Команда использовала эту технику для создания массы интересных компонентов сердца в человеческом масштабе, а не только одного, основанного только на коллагене. Они также использовали кардиомиоциты или клетки сердечной мышцы и использовали данные визуализации сердца для воссоздания кровеносных сосудов, клапанов сердца, которые открываются и закрываются, и желудочков, которые сжимаются.

«То, что мы показали, — это то, что мы можем печатать кусочки сердца из клеток и коллагена, получая части, которые действительно функционируют, например, сердечный клапан или маленький пульсирующий желудочек», — говорит Адам Файнберг, профессор биомедицинской инженерии и материаловедения, чья лаборатория выполняла эту работу. «Используя данные МРТ человеческого сердца, мы смогли точно воспроизвести анатомическую структуру, специфичную для пациента, а также 3D-биопринт, коллаген и клетки сердца человека».

Между этими компонентами сердца и полностью функционирующим сердцем, созданным с 3D-печатью, остается огромный разрыв, но это еще один многообещающий шаг вперед. Исследователи работают над коммерциализацией технологии через дочернюю компанию Fluidform.

Исследование было опубликовано в журнале Science.