Специалистам Первого Московского государственного медицинского университета имени И. М. Сеченова и Федерального исследовательского центра химической физики имени Н. Н. Семенова удалось провести полный цикл биопечати живыми клетками до получения тканевого эквивалента. Подобные биоимплантаты могут использоваться для трансплантации и регенерации кожного покрова.
Группа ученых провела полный цикл 3D-биопечати и получила тканевый биоэквивалент — искусственный аналог живой человеческой ткани. Предполагается, что такие напечатанные конструкции будут использоваться для трансплантации пациентам с незаживающими ранами, диабетическими язвами, ожогами, а также в других процессах регенерации, сообщает пресс-служба Сеченовского университета.
Для начала специалисты взяли два типа человеческих стволовых мезенхимных стромальных клеток (МСК) — из жировой ткани и слизистой оболочки десны. Из них сформировали сфероиды (агрегаты клеток в виде шариков), которые в 3D-принтере используются в качестве строительных блоков.
Параллельно шла подготовка биочернил для 3D-принтера. Для того чтобы клетки могли взаимодействовать друг с другом — адаптироваться к трехмерным условиям, делиться, мигрировать — нужно микроокружение. Ученые создали биосовместимый гидрогель из желатина, фибриногена и нескольких модификаторов, обеспечивший благоприятную среду для функционирования клеток. Полученный гидрогель смешали со сфероидами, а затем при помощи биопринтера напечатали конструкт — тканевый эквивалент.
Далее команда сравнила две группы конструктов — напечатанные и смешанные вручную: ученые наблюдали, как различается поведение клеток. Сравнение шло по таким параметрам, как метаболическая активность, жизнеспособность, пролиферативная активность (насколько активно они делятся), а также в каком направлении дифференцируются, то есть превращаются из стволовой клетки в клетку кожи, кости или хряща. Также специалисты отслеживали динамику разрастания клеток и их морфологию — строение и форму.
В ходе исследования выяснилось, что 3D-печатные конструкты обладают рядом преимуществ, так как они показали большую функциональность: 3D-биопечать обеспечила сфероидам МСК оптимальные условия для метаболической активности, прорастания и клеточной миграции. Ученые также отмечают важность правильного выбора материала для биопечати, так как свойства будущего тканевого эквивалента зависят от исходных клеток. МСК десны (МСК-Д) принимают более вытянутую форму, а МСК жировой ткани (МСК-ЖТ) становятся более распластанными, поэтому МСК-Д больше подойдут для создания сосуда или кости, а МСК-ЖТ — для получения кожных имплантатов.
В ходе исследования командой получен полностью функциональный живой тканевый эквивалент кожи. В будущем его можно будет применять для лечения диабетических и трофических язв, незаживающих ран, ожогов и других дефектов с затрудненной регенерацией при существующих методах лечения. Кроме того, получение таких биоэквивалентов позволит сократить исследования на животных и сделает технологии регенеративной медицины более этичными.
Ученые собираются использовать полученные данные в дальнейших исследованиях — получении аналогов хрящей, сосудов и костей. Кроме того, полученные результаты уже легли в основу междисциплинарного проекта по созданию портативного биопринтера «Биоган» для лечения незаживающих ран, ожогов и других дефектов кожи.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда и опубликовано в междисциплинарном научном журнале Bioprinting.
А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.