Биопринтинг

Биопринтинг — это технология создания тканеинженерных конструкций (называемых скаффолдами) с использованием 3D-печати, при которой сохраняются функции и жизнеспособность клеток, а сама конструкция имитирует для них то микроокружение, которое в дальнейшем способствует формированию новой, строго определенной ткани.

Как работает биопринтер?

Процесс биопринтинга можно разделить на несколько этапов:

  1. Моделирование. Моделирование. Чтобы создать модель органаили ткани, в медицине используют диагностические изображения. Рентгенограммы, КТ- и МРТ-снимки преобразуются в цифровую форму, подходящую для технологии трёхмерной печати.
  2. Изготовление биочернил. Выбирают подходящий гидрогелевый или силиконовый биоматериал. Затем проводят забор образца ткани пациента. Целевые стволовые клетки выделяют и размножают в лаборатории.
  3. Создание печатной структуры. Биочернила наносят на рабочую подложку согласно цифровой модели.
  4. Созревание. Напечатанная ткань или органпомещается в биореактор, где поддерживается их жизнедеятельность. Клетки находятся в комфортной среде с оптимальной температурой, получают нужные питательные вещества и кислород. Чтобы ткань созрела, её подвергают специальному химическому и механическому воздействию.

Печать сосудов и тканей

Исследователи рассматривают биопринтинг как возможность создавать альтернативу тканям человека:

Кожа

Для изготовления аналогов кожи используются коммерчески доступные клеточные линии или образец ткани человека. Помимо имплантации волосяных фолликулов, меланоцитов и других клеток, необходимо напечатать сосуды. Заменители кожи могут использоваться для ускорения заживления ран и уменьшения размеров рубца, но их применение в клинической медицинепока ограничено.

Нервная ткань

Нервный трансплантат создают из клеток — предшественниц нейронов, которые сочетают с подходящим биоматериалом. Исследователи стараются, чтобы новые нейроны сформировали связи и нормально функционировали. Напечатанная нервная ткань может помочь при лечении травм головного и спинного мозга, нейродегенеративных заболеваний.

Ткани опорно-двигательного аппарата

Напечатанные стволовые клетки могут развиваться в костную ткань, мышцы, хрящи или сухожилия. При выращивании трансплантатов важно добиться механических свойств родной ткани: упругости, жёсткости и устойчивости к нагрузкам. Биопечатные конструкции могут пригодиться в медицинепри лечении травм и дегенеративных заболеваний опорно-двигательного аппарата.

Сосуды

Сосуды в биопринтинге создают двумя методами. Первый — когда в напечатанный материал внедряются вещества, способствующие росту сосудов из подходящих клеток. Второй заключается в непосредственной печати полых конструкций29. Они могут иметь сложную геометрию и многослойную структуру. Учёные даже способны задавать определенную толщину стенки и диаметр будущего сосуда

Печать органов

В 2022 году ученые впервые смогли пересадить человеку орган, напечатанный на 3D-принтере. У 20-летней мексиканки Алексы с редким врожденным дефектом — микротией — было деформировано правое ухо. Для создания имплантата врачи использовали клетки и ткани самой пациентки. Американская компания 3DBio Therapeutics удалила 0,5 грамма хряща деформированного уха, а затем 3D-принтер напечатал новое ухо с помощью клеток и так называемых биочернил. Весь процесс занял менее десяти минут. Ранее для подобных операций использовались реберные хрящи, которые вырезались по форме уха.

Отпечатанная форма уха, помещенная под кожу, начнет самостоятельно регенерировать хрящевую ткань. В результате орган будет иметь естественный вид, а вероятность отторжения врачи оценили как крайне низкую, так как по сути он состоит из клеток самого пациента.