Американские ученые из Медицинского центра университета Уэйк Форест представили разработку нового 3D-биопринтера на страницах журнала Nature Biotechnology.
Биопринтер носит название ITOP (Integrated Tissue and Organ Printing System) или объединенная система для печати тканей и органов.
Как сообщают авторы, на таком биопринтере можно печатать костные, хрящевые и мышечные ткани по заранее созданной цифровой модели индивидуально для каждого пациента. Для создания такой модели можно использовать данные компьютерной томографии (КТ) и МРТ.
Но главное преимущество ITOP – он может печатать органоиды, которые васкуляризированы – то есть обладают сетью кровеносных сосудов. А это одна из самых сложных задач для регенеративной медицины. Васкуляризированные органоиды после имплантации хорошо приживаются и полностью интегрируются в организм, утверждают авторы разработки.
«Этот новый принтер – важный шаг в развитии технологии биопечати. В будущем, мы надеемся, эта технология сможет использоваться для печати тканей и органных конструктов для имплантации пациентам», - говорит ведущий автор исследования доктор Энтони Атала (Anthony Atala).
Команде доктора Аталы уже удалось напечатать на ITOP человеческое ухо, длина которого составила примерно 2,5 см. Для испытаний его имплантировали под кожу мыши. Спустя два месяца, сообщают ученые, форма уха никак не изменилась, а самое главное – там сформировались хрящевые ткани, и заработала сеть кровеносных сосудов.
Также на ITOP ученые напечатали и кусочек человеческой мышечной ткани, которую затем имплантировали крысам. Через две недели тест показал, что мышечная ткань – живая, она также оплетена сетью сосудов и нервных клеток.
Среди примеров напечатанных на ITOP человеческих запчастей – фрагменты костной ткани, челюстных костей, костей черепа. Чтобы проверить их функциональность, эти органные конструкты также были имплантированы в организм животных. И опять же тест показал хорошие результаты – через пять месяцев они оказались оплетены сетью кровеносных сосудов.
Ученые описывают и то, как ITOP работает.
Вначале с помощью специальной программы создается трехмерная компьютерная цифровая модель ткани или органа, который собираются печатать. Модель строится на основе данных КТ или МРТ. Затем принтер распределяет биоматериал в трехмерном пространстве, послойно, согласно заданной цифровой модели.
Для печати можно использовать разный материал. В этот раз ученые использовали биоразлагаемый материал, который задавал форму органоида, и гидрогель с клетками. Одновременно шла печать небольших канальцев – кровеносных сосудов.
«Наши результаты показывают, что биоматериал, который мы использовали в комбинации с микро-канальцами (кровеносными сосудами), обеспечивает все необходимое, чтобы клетки были живыми, чтобы напечатанные органные конструкты интегрировались в организм», - говорит Атала.
Напомним, что технология биопечати тканей и органов сейчас активно развивается. В настоящее время разработкой биопринтеров занимаются примерно в 16-ти компаниях разных стран мира, в том числе и в России.
Российским ученым удалось добиться в этой области выдающихся результатов - они создали 3D-биопринтер и напечатали на нем щитовидную железу мыши, а потом доказали ее функциональность. Сейчас ученые работают над созданием технологии печати человеческой щитовидной железы.
Стоит добавить, что в основном все существующие технологии биопечати пока находятся на стадии научного эксперимента. Правда, некоторые уже применяются в клинической практике: например, в 2012 году в клинике Мичиганского университета 20-месячному ребенку с редким заболеванием, препятствующим нормальному дыханию, успешно имплантировали каркас для бронха, напечатанный на 3D-биопринтере по индивидуальному дизайну. Над печатью каркаса работали доцент Глен Грин и профессор Скотт Холлистер из Мичиганского университета.
