Ученые научились печатать кровеносную систему
Биоинженеры всего мира уже несколько лет бьются над созданием в лабораторных условиях васкуляризованных человеческих тканей, достаточно надежных, чтобы заменить поврежденные ткани пациентов. На современном этапе ученым удалось напечатать на 3D-принтере живые органические фрагменты, но они были на 2/3 тоньше десятицентовой монетки. При попытке напечатать более толстые фрагменты глубинные клетки испытывали кислородное голодание, не удаляли оксид углерода и другие токсичные продукты метаболизма и довольно быстро задыхались и отмирали.
Дженнифер Льюис
Природа решает проблему обеспечения организма кислородом за счет разветвленной системы мельчайших кровеносных сосудов, которые питают клетки и удаляют отходы. Сотрудники гарвардского университета под руководством доктора Дженнифер Льюис (Jennifer Lewis) научились печатать такие сосуды, но для этого им потребовались особые биочернила, в состав которых входят ингредиенты живых тканей. В состав первого типа чернил ученые включили питательный биогель, который связывает клетки. Второй тип чернил наряду с биогелем содержит живые клетки. Для создания кровеносных сосудов предназначен третий тип чернил, растворяемых при охлаждении. С помощью третьего типа чернил ученые напечатали разветвленную сеть тонких сосудов, а затем охладили конструкцию и откачали из нее жидкость. В результате образовалась сосудистая система с множеством полых каналов.
Чтобы оценить возможности и перспективы своей технологии, ученые напечатали ткани с различным набором клеток. Кульминацией стало создание объектов со сложной структурой, содержащих кровеносные сосуды и различные типы живых клеток. По степени сложности такие объекты были приближены к тканям человека.
Человеческие эндотелиальные клетки, введенные в сосудистую сеть, образовали стенки кровеносных сосудов. Достижения Льюис и ее коллег стали важной вехой на пути к созданию в лабораторных условиях жизнеспособных человеческих тканей. «В идеале максимум работы должна проделать сама биология», - говорит доктор Льюис.
В настоящее время Льюис и ее команда заняты созданием живых 3D-печатных тканей, пригодных для тестирования лекарственных препаратов. Работая с напечатанными тканями, ученые смогут пролить свет на фундаментальные процессы, связанные с заживлением ран, ростом кровеносных сосудов, развитием опухолей.
Дженнифер Льюис перевелась в Гарвард в 2013 году. До этого она больше 10 лет разрабатывала материалы для 3D-принтеров на основе полимеров, керамики и наночастиц металла. После того, как она возглавила гарвардскую лабораторию и приступила к работе с биологическими тканями и клетками, она признала, что органическая трехмерная печать оказалась реально сложной. «Чтобы напечатать живую печень или почку, нам нужно приложить титанические усилия, – говорит Льюис. – Но первый шаг в этом направлении мы уже сделали».
