Исследователи разработали биочернила, которые впервые позволяют печатать небольшие трехмерные области дыхательных путей с помощью клеток пациента. Конструкции, напечатанные на 3D-принтере, являются биосовместимыми и поддерживают рост новых кровеносных сосудов в трансплантированном материале. Это важный шаг на пути к полноценной 3D-печати органов. Статья об этом опубликована в Advanced Materials.
Хронические заболевания легких являются третьей по значимости причиной смертей во всем мире. Например, в ЕС на помощь таким больным ежегодно расходуется более 380 миллиардов евро. Многие хронические заболевания неизлечимы, и единственным выходом для пациентов на конечной стадии является трансплантация легких. Однако количества донорских легких для удовлетворения клинических потребностей недостаточно.
Поэтому исследователи ищут способы увеличить количество легких, доступных для трансплантации. Один из подходов - изготовление легких в лаборатории путем объединения клеток с биоинженерным каркасом.
«Мы начали с малого - с изготовления небольших трубок, потому что эти элементы присутствуют как в дыхательных путях, так и в сосудистой сети легких. Используя наши новые биочернила со стволовыми клетками, выделенными из дыхательных путей пациента, мы смогли разработать биопечать небольших дыхательных путей, которые имели несколько слоев и пустот и оставались открытыми в течение довольно длительного времени», - объясняет Дарси Вагнер, доцент и основной автор исследования.
Исследователи впервые разработали новые биочернила (материал для печати клеток) для 3D-биопечати тканей человека. Биочернила были созданы путем объединения двух материалов: альгината - материала, полученного из морских водорослей, и внеклеточной матрицы, полученной из ткани легких.
Этими новыми биочернилами можно было печатать материал на нескольких этапах его развития в ткани. Затем они использовали их для 3D-биопечати небольших участков дыхательных путей человека, содержащих два типа клеток, обнаруженных в них. Однако этот элемент биочернил можно адаптировать для любого типа ткани или органа.
«Эти биочернила нового поколения также поддерживают вызревание стволовых клеток дыхательных путей в несколько типов клеток, обнаруживаемых в дыхательных путях взрослого человека, что означает, что нужно печатать меньше типов клеток, а это уменьшает количество сопел, необходимых для печати ткани, состоящей из нескольких типов клеток», - говорит Дарси Вагнер.
Вагнер отмечает, что необходимо улучшить разрешение для 3D-биопечати более тонких отделов легочной ткани и воздушных мешков, известных как альвеолы, которые жизненно важны для газообмена.
«Мы надеемся, что дальнейшие технологические усовершенствования доступных сейчас 3D-принтеров и дальнейшие достижения в области биочернил позволят рассчитывать нам на биопечать с более высоким разрешением для создания более крупных участков тканей, которые в будущем можно было бы использовать для трансплантации. Нам еще предстоит пройти долгий путь», - сказала она.
Команда использовала мышиную модель, очень напоминающую иммуносупрессивную терапию у пациентов, перенесших трансплантацию органов. При трансплантации они обнаружили, что конструкции, напечатанные на 3D-принтере из новых биочернил, хорошо приживаются и поддерживают новые кровеносные сосуды.
«Разработка этих новых биочернил является значительным шагом вперед, но важно продолжать наблюдение функциональности малых дыхательных путей с течением времени и изучать возможность применения этого подхода на моделях крупных животных», - заключает Мартина Де Сантис, первый автор исследования.
