Российские ученые определили, какие клетки лучше всего использовать для печати на 3D-принтере имплантов, способных заменить органы в организме человека. Эксперименты показали, что для суставов, костей и хрящей оптимально применение стволовых клеток, взятых из десны пациента, а для искусственной кожи — из жировой прослойки. По мнению экспертов, новые знания в области регенеративной медицины приближают качественный скачок в здравоохранении. Такие клетки можно применять не только для замены утраченных органов, но и для заживления ран без образования шрамов, создания моделей для исследования заболеваний или испытаний лекарственных препаратов. Однако до практического применения технологии еще очень далеко.
Орган в клетку
Ученые Сеченовского университета определи наиболее подходящие клетки для производства на 3D-принтере биологических имплантов. Исследование показало, что мезенхимные стромальные клетки (МСК), взятые со слизистой оболочки десны, лучше использовать для сосудов, костей и хрящей. Стволовые же клетки жировой ткани лучше формируют более «распластанные» образования, подходящие для создания искусственной кожи.
— У каждого типа клеток есть особенности, которые можно учитывать на этапе выбора материала, когда будет стоять задача сделать эквивалент кости, сосуда или хряща. Это может значительно повлиять на качество конечного продукта, — сказала «Известиям» научный сотрудник Центра цифрового биодизайна и персонализированного здравоохранения Сеченовского университета Полина Бикмулина.
Типы клеток, которые могут быть использованы в качестве строительного материала для 3D-печати, зависят от конкретного органа. Например, кожа состоит из семи видов клеток, каждый из которых теоретически можно использовать. От того, какой тип будет применяться в качестве «чернил» для принтера, зависят свойства органа, поэтому определение наиболее подходящей основы для импланта — сложная и важная задача.
Клетки из жировой ткани и слизистой оболочки десны считаются одними из самых доступных в организме человека, так как их забор никак не вредит пациенту. В ходе экспериментов из них формировали сфероиды — клеточные агрегаты в виде шариков, которые использовали в качестве строительных блоков для печати на 3D-принтере.
Фото: Harvard
Полученные органы оценивали по ряду параметров. Ученые сравнили метаболическую активность клеток, темпы деления и то, насколько хорошо они превращаются из стволовых в специфические для конкретного органа. Имплант из МСК десны сильно отличался от аналога из жировой ткани по динамике разрастания, особенностям строения клеток и их внешнему виду. Импланты из клеток десны получались более вытянутыми, что делает их перспективными для создания кровеносных сосудов. Образования из жировых клеток получились более похожими на ткань, поэтому такой вариант больше подойдет как материал для кожи.
Регенеративная революция
Печать органических имплантов на 3D-принтере — перспективная технология, которая сейчас активно развивается. В мире уже проводятся ее клинические испытания. В России такие исследования пока только планируются и должны начаться через несколько лет. По словам специалистов, одним их первых российских проектов в этой области может стать методика лечения незаживающих ран, возникающих при развитии диабетической стопы. В планах ученых — выполнить биопечать прямо в очаге воспаления на теле пациента. По оценкам специалистов, использовать технологию на практике получится через десятилетие.
— Сегодня методы биопечати достаточно развились не только для создания различных тканей для пересадки лабораторным животным, но и человеку. Но пока это отдельные эпизоды. Регенеративной революции еще не случилось и в ближайшее десятилетие не случится, потому что пока не получается создать относительно крупные жизнеспособные конструкции, — отметил заведующий лабораторией анализа показателей здоровья населения и цифровизации здравоохранения МФТИ Станислав Отставнов.
По мнению эксперта, основная цель на данном этапе работ — научиться воспроизводить жизнеспособные ткани и органы. Но существуют и иные важные приложения биопринтинга — заживление ран без образования шрамов, создание моделей для исследования заболеваний или испытания лекарственных препаратов. Это позволит снизить количество экспериментов на лабораторных животных.
Применение стволовых клеток для создания имплантов дает новые инструменты для регенеративной медицины и восстановления тканей, подчеркнул главный внештатный детский аллерголог-иммунолог минздрава Московской области Андрей Продеус. Например, в мягкой ткани зуба содержатся стволовые клетки-предшественники, из которых можно делать одновременно соединительную и сосудистую ткань, добавил специалист.
Результаты исследования свойств МСК в будущем найдут применение для создания более сложных органов — например, искусственного аналога печени. В Сеченовском университете планируют использовать его для оценки воздействия на организм различных лекарств.