3D-биопечать компонентов человеческого сердца
Исследователи из Университета Карнеги-Меллона (США) разработали методику, позволяющую создавать трехмерные биопечатные каркасы из коллагена - основного структурного белка в организме человека. Этот первый в своем роде метод приближает область тканевой инженерии к возможности трехмерной печати сердца взрослого человека в натуральную величину.
Техника, известная как свободное обратимое встраивание поддерживающих гидрогелей (FRESH), позволила исследователям преодолеть многие проблемы, связанные с существующими методами трехмерной биопечати, и достичь беспрецедентной точности при использовании мягких и живых материалов.
Каждый из органов человеческого тела, например сердце, состоит из специализированных клеток, которые удерживаются вместе биологическим каркасом - внеклеточным матриксом. Сеть белков внеклеточного матрикса обеспечивает структуру и проводимость биохимических сигналов, необходимые клеткам для нормального функционирования. Однако до сих пор не было возможности построить внеклеточный матрикс сложной архитектуры с использованием традиционных методов биопроизводства.
Учёным удалось напечатать из клеток коллагена и сердечных клеток человека части сердца, которые действительно функционируют, например, сердечный клапан или часть желудочка. Используя данные МРТ человеческого сердца, они смогли точно воспроизвести анатомическую структуру, специфичную для пациента.
Потребность в замене органов в мире огромна, и необходимы новые подходы для создания искусственных органов, способных восстанавливать, дополнять или заменять долгосрочную функцию органов.
Метод трехмерной биопечати FRESH позволяет наносить коллаген послойно в ванну с поддерживающим гелем, который даёт коллагену возможность затвердеть на месте перед его удалением из ванны для поддержки. После завершения печати опорный гель можно легко растопить, нагревая гель от комнатной температуры до температуры тела. Таким образом поддерживающий гель удаляется, не повреждая напечатанную структуру, сделанную из коллагена или клеток.
Этот метод интересен для трехмерной биопечати, потому что он позволяет печатать коллагеновые каркасы такого же размера, как у человеческих органов. Перечень материалов не ограничивается коллагеном , так как широкий спектр других мягких гелей, включая фибрин, альгинат и гиалуроновую кислоту, может быть подвергнут трехмерной биопечати с использованием техники FRESH, обеспечивая надежную и адаптируемую платформу для тканевой инженерии. Важно отметить, что исследователи также разработали проекты с открытым исходным кодом, чтобы почти каждый, от медицинских лабораторий до учебных заведений, мог получить доступ к недорогой, высокопроизводительной 3-D биопечати.
FRESH найдёт применение во многих аспектах регенеративной медицины, от заживления ран до биоинженерии органов.