В последние годы обновления технологий 3D-печати позволили исследователям-медикам печатать то, что было невозможно сделать с помощью предыдущей версии этой технологии, включая продукты питания, лекарства и даже части тела.
В 2018 году врачи из Ветеринарного колледжа Онтарио напечатали на 3D-принтере специальную титановую пластину для собаки, потерявшей часть черепа после операции по поводу рака.
«Выполняя эти процедуры на наших пациентах-животных, мы можем предоставить ценную информацию, которая может быть использована, чтобы показать ценность и безопасность этих имплантатов для людей», — сказала в то время ветеринарный хирург-онколог Мишель Облак. «Эти имплантаты — следующий большой скачок в персонализированной медицине, который позволяет каждому элементу медицинского обслуживания человека быть специально адаптированным к его конкретным потребностям».
Что такое 3D-биопринтинг?
3D-биопечать — это использование технологий 3D-печати для изготовления частей тела. Биопринтеры работают аналогично 3D-принтерам. Однако вместо печатных материалов, таких как пластик или керамика, они наносят слои биоматериала, включая живые клетки, для создания сложных структур, таких как кровеносные сосуды или ткани кожи.
Откуда берется биоматериал?
Необходимые клетки берутся у пациента и затем культивируются. Эти клетки обычно комбинируют с материалом-носителем или каркасом. Этот носитель обычно представляет собой тип биополимерного геля, который действует как трехмерный молекулярный каркас и обеспечивает защиту клеток во время процесса печати. Клетки прикрепляются к гелю, который достаточно прочен, чтобы на нем можно было печатать, и достаточно гибок, чтобы обеспечить поток и диффузию питательных веществ и движение клеток. Эта комбинация инкапсулированных клеток и биополимерных гелей представляет собой биочернила, используемые инженерами-биомедиками для создания 3D-печатных структур, подобных тканям.
Сухожилия и связки
В 2018 году инженеры-биомедики из Университета штата Юта разработали метод 3D-печати связок и сухожилий. Метод включает в себя сначала взятие стволовых клеток у пациента и их печать на слое гидрогеля для формирования сухожилия или связки. Этому разрешено расти in vitro в культуре перед имплантацией. Однако этот процесс был очень сложным, поскольку соединительная ткань состоит из разных клеток, образующих сложные узоры. Сначала команде нужно было разработать специальную печатающую головку, которая могла бы печатать человеческие клетки строго контролируемым образом.
Для этого команда объединилась с компанией Carterra, Inc. из Юты, чтобы разработать специализированную печатающую головку, которая позволила бы им укладывать клетки в сложные узоры. Затем печатающую головку прикрепили к 3D-принтеру, обычно используемому для печати антител для лечения рака.
Кровеносные сосуды
3D-биопечать органов может спасти много жизней, но ученые изо всех сил пытаются создать сосудистые структуры, необходимые для создания жизнеспособных печатных органов. Все органы, в том числе напечатанные на 3D-принтере, нуждаются в эффективном непрерывном кровоснабжении, чтобы предотвратить гибель клеток и тканей.
В октябре 2021 года группе исследователей из израильского Технологического института Технион удалось напечатать на 3D-принтере структуры кровеносных сосудов, чтобы обеспечить кровоснабжение тканевых имплантатов.
Эти структуры выросли спонтанно после того, как команда имплантировала эндотелиальные клетки из внутреннего слоя кровеносных сосудов тела в полимерный коллагеновый каркас.
Однако это лишь микрососуды, которые можно использовать для улучшения развития тканей in vitro — они не смогут «накормить» целый орган и пока не позволяют интегрировать выращенные в лаборатории ткани в сосудистая система пациента.
Это исследование показывает, что нам еще предстоит пройти долгий путь, прежде чем мы сможем на самом деле печатать органы в 3D по запросу. Но кто знает, какие методы могут разработать ученые для решения этой проблемы в будущем?
Спасибо за прочтение статьи!