Функциональные части человеческого тела построены с использованием технологии 3D-биопечати.

Функциональные части человеческого тела построены с использованием технологии 3D-биопечати.

Функциональные части человеческого тела построены с использованием технологии 3D-биопечати.

Исследовательская группа из баптистского медицинского центра Wake Forest в Уинстон-Салем, штат Северная Каролина, говорит, что их новая технология, получившая название «Комплексная система печати тканей и органов» (ITOP), является важным достижением в выращивании заменяющих тканей и органов для трансплантации пациентов.

Старший автор исследования д-р Энтони Атала, директор Института регенеративной медицины Уэйк Фореста (WFIRM), и его коллеги объясняют, как они создали напечатанные в 3D части тела в журнале Nature Biotechnology.

В последние годы 3D-печать стала перспективной стратегией роста сложных тканей и органов, способных воспроизводить ткани и органы человеческого организма.

Однако доктор Атала и его коллеги отмечают, что современные 3D-принтеры не способны производить ткани и органы человека, которые являются достаточно прочными для трансплантации в организм или которые могут выжить после трансплантации.

Однако команда считает, что их технология ITOP может помочь в преодолении этих проблем.

Функциональные уши, кости и мышцы, созданные с помощью ITOP

Исследователи в течение последних 10 лет разрабатывали систему ITOP.

Технология 3D-печати сочетает в себе биоразлагаемый, подобный пластику материал и оптимизированный гель на водной основе. Пластик формирует форму 3D структуры, в то время как гель содержит клетки ткани и стимулирует их рост.

3D-печать также состоит из микроканалов, которые выступают в качестве губки для впитывания питательных веществ и кислорода в организм после трансплантации. Это помогает структурам выживать по мере развития системы кровеносных сосудов, которая им необходима для функционирования в организме человека.

В своем исследовании д-р Атала и его коллеги использовали систему ITOP для создания структур человеческого уха размером с ребенка — около 1,5 дюйма — и имплантировали их под кожу мышей.

В течение 2 месяцев после трансплантации ушные структуры, форма которых поддерживалась на должном уровне, сформировали хрящевую ткань и систему кровеносных сосудов.

Для сравнения, предыдущие исследования показали, что для выживания в организме человека структура ткани с 3D-печатью без уже существующей системы кровеносных сосудов должна быть меньше 200 микрон (0,007 in).

«Наши результаты показывают, что комбинация биочернил, которую мы использовали в сочетании с микроканалами, обеспечивает необходимую среду для поддержания жизни клеток и роста клеток и тканей», — говорит доктор Атала.

Исследователи также использовали систему ITOP и стволовые клетки человека для создания фрагментов челюстной кости, размер и форма которых, как отмечает команда, были такими, какие необходимы для реконструкции человеческого лица. Через пять месяцев после имплантации крысам, фрагменты кости образовали кровеносные сосуды.

Кроме того, исследователи напечатали мышечную ткань и имплантировали ее крысам. Ткань сформировала кровеносные сосуды и вызвала формирование нервов всего за 2 недели, и ее структурные характеристики были сохранены.

Технология открывает путь к персонализированной регенерации тканей.

Помимо способности поддерживать рост клеток и поддерживать структуры тканей в живых, по словам специалистов, система ITOP обладает еще одним преимуществом: она может использовать информацию компьютерной томографии (КТ) и магнитно-резонансной томографии (МРТ) для создания структур, которые будут индивидуальными для каждого пациента.

Говоря с BBC News, доктор Атала приводит пример пациента, у которого отсутствует сегмент челюстной кости.

«Мы приводили пациента, делали визуализацию, а затем брали данные визуализации и передавали их через наше программное обеспечение для управления принтером, чтобы создать кусок челюстной кости, который точно вписывался бы в кость пациента», — объясняет он.

Комментируя возможные последствия их результатов, д-р Атала добавляет:

» Этот новый принтер для печати тканей и органов является важным шагом вперед в нашем стремлении сделать замещающую ткань для пациентов. Он может изготавливать стабильные, человеческие ткани любой формы.

С дальнейшим развитием эта технология потенциально может быть использована для печати живых тканей и структур органов для хирургической имплантации».

Выводы группы основаны на результатах другого исследования, проведенного в 2014 году, в ходе которого они создали лабораторные влагалища с использованием гладкомышечных клеток и эпителиальных клеток влагалища, которые были успешно трансплантированы четырем женщинам.

Однако д-р Атала и его коллеги отметили в то время, что такой метод может оказаться трудным для сложных органов, таких как печень и почки. Но, по словам членов команды, их новейшие технологии показывают, что использование 3D-печати для создания более сложных тканей возможно.

«В этом исследовании мы напечатали широкий спектр тканевых сил — от мышц как мягкой ткани до хрящей и костей как твердой ткани, демонстрирующей весь спектр тканевых сил, — сказал доктор Атала в интервью BBC News. «Мы надеемся продолжить работу над этими технологиями и для других человеческих тканей.»

Ранее в этом месяце журнал Medical News Today сообщил об исследовании, которое показало, как структура кости с 3D-печатью позволяет регенерировать естественные ткани.