Открыт способ, позволяющий создать на 3D-биопринтере новое сердце

стоп-кадр YouTube

Команда исследователей из Университета Карнеги-Меллона (США) опубликовала в журнале Science статью, в которой подробно описала новую методику, позволяющую создавать на биопринтере 3D-каркасы из коллагена, который является основным структурным белком в организме человека. Этот первый в своем роде метод приближает область тканевой инженерии к возможности 3D-печати полноразмерного сердца взрослого человека, пишет EurekAlert!.

Техника, известная как обратимое встраивание суспендированных гидрогелей в свободной форме (FRESH), позволила исследователям преодолеть многие проблемы, связанные с существующими методами трехмерной биопечати, и достичь беспрецедентного разрешения и точности с использованием мягких и живых материалов.

Каждый из органов человеческого тела, например сердце, состоит из особых клеток, которые удерживаются вместе биологическим каркасом — внеклеточным матриксом (ЕСМ). Эта сеть белков ЕСМ обеспечивает структуру и биохимические сигналы, необходимые клеткам для нормального функционирования. Однако до сих пор не было возможности перестроить эту сложную структуру с использованием традиционных методов биопроизводства.

«Мы показали, что можем печатать части человеческого сердца из клеток и коллагена и имплантировать их в функционирующие части, например, сердечный клапан или желудочки», - рассказал ведущий автор научной работы Адам Файнберг, профессор биомедицинской инженерии (BME) в Карнеги-Меллон. «Используя данные МРТ человеческого сердца, мы смогли точно воспроизвести анатомическую структуру, специфичную для пациента, а также создать 3D-каркас из коллагена и клетки сердечной мышцы», - добавил он.

Миллионы людей во всем мире ждут своей очереди на пересадку сердца. По словам специалистов, на сегодняшний день потребность в замене органов огромна, и необходимы новые подходы для создания искусственных органов, способных восстанавливать, дополнять или заменять их долгосрочную функцию. Команда Файнберга работает над решением этих проблем, используя новое поколение биоинженерных частей тела, которые более точно воспроизводят естественные структуры органов.

«Коллаген является главным биоматериалом для 3D-печати, поскольку из него состоит буквально каждая ткань в вашем теле», - объясняет Эндрю Хадсон, один из авторов научной работы. По его словам, основная трудность 3D-печати заключается в том, что изначально вещество находится в жидком состоянии. «Поэтому, если вы попытаетесь напечатать его, на платформе оно просто превратится в лужу. Теперь мы разработали технику, которая предотвращает такие деформации», - рассказал он.

Метод трехмерной биопечати FRESH, разработанный в лаборатории Файнберга, позволяет наносить коллаген слой за слоем при поддержке специального геля, что дает белку возможность затвердеть на месте перед его удалением из геля. С FRESH поддерживающий гель можно легко растопить, нагревая его от комнатной температуры до температуры тела после завершения печати. Таким образом, исследователи могут удалить поддерживающий гель, не повреждая напечатанную структуру, созданную из коллагена или клеток.

Этот метод действительно интересен для 3D-биопечати, потому что он позволяет создавать коллагеновые каркасы в масштабе человеческих органов. Помимо того, метод не ограничивается исключительно этим белком, так как широкий спектр других мягких гелей, включая фибрин, альгинат и гиалуроновую кислоту, может использоваться на биопринтере с применением техники FRESH, обеспечивая надежную и адаптируемую платформу для тканевой инженерии. Важно отметить, что исследователи также разработали проекты с открытым исходным кодом, чтобы почти каждый желающий, от работников лабораторий до старшеклассников, мог создавать и иметь доступ к недорогим, высокопроизводительным 3D-биопринтерам.

В будущем FRESH может найти применение во многих аспектах регенеративной медицины, от заживления ран до биоинженерии органов, но это всего лишь одна из частей растущей области биотехнологий.

«Важно понимать, что предстоит еще много лет исследований. Однако мы добились реального прогресса в разработке функциональных тканей и органов человека, и новая работа — это еще один шаг в этом направлении», - заключил Файнберг.

Открыт способ, позволяющий создать на 3D-биопринтере новое сердце

Картина дня

Наши публикации