Новый 3D-принтер, печатающий синтетические материалы со свойствами живых тканей

Группа исследователей из Оксфордского университета под руководством профессора Хагана Бейли (Hagan Bayley) разработала трёхмерный принтер для печати структур с отдельными свойствами живой материи. Такие структуры состоят из тысячи капель воды диаметром 50 микрон, покрытых липидной плёнкой и имитирующих живую клетку. Данная технология имеет массу преимуществ перед технологией печати, в которой используются стволовые клетки: она не вызывает серьёзных этических споров, спектр её применения поистине широк, а полученный материал стоит копейки.

3D-принтер, разработанный группой исследователей под руководством Хагана Бейли

Когда липиды растворяются в масле, они образуют вокруг капель воды двойную оболочку. Когда две капельки с такими оболочками соединяются, они не образуют одну большую каплю, а притягиваются друг к другу и формируют устойчивую структуру. Используя разные виды протеинов и липидов, выстраивая квазиклетки в различной последовательности, учёным удалось напечатать кусочки тканей длиной несколько микрон, которые могли выполнять различные функции: служить в качестве миниатюрной электрической батареи, обладать светочувствительностью или играть роль электрической цепи. Всё это функции отдельных тканей нашего организма.

Учёным удалось создать из водяных капелек с липидной плёнкой микроскопические четырёхпалые лепестки с памятью формы. По утверждению учёных, различная солёность воды в капельках создаёт разницу в осмотических давлениях, под действием которой лепесток сгибается, превращаясь в полую сферу. Если учёным удастся заставить такой лепесток разгибаться, то они получат идеальную основу для создания искусственного мускула.

Четырёхпалый лепесток из водяных капелек сжимается, превращаясь в полую сферу

Заряжая электропроводящими мембранными белками масло, в которое принтер выстреливает капельки, учёные сумели воссоздать в квазиткани пути, проводящие электроток из одной заданной точки в другую, имитируя тем самым деятельность нейронов.

Важно, что между капельками во время печати образуются прочные связи, которые не разрушаются на протяжении нескольких недель и прекрасно чувствуют себя в воде. Ткани, напечатанные таким способом, можно вживлять в организм человека вместо повреждённых или утраченных тканей, причём материал не вызывает отторжения, а его клетки не размножаются, что позволяет избежать ряда проблем, с которыми учёные сталкиваются при печати структур с использованием стволовых клеток. По словам Бейли, новая технология предназначена не для печати живых тканей, а для создания структур, выполняющих их функции.

Пока каждая из этих капель в пять раз больше обычной клетки, но учёные не сомневаются, что смогут уменьшить их размер до нужного значения.

Исследования учёных открывают для человечества множество потенциальных возможностей. К примеру, они дают возможность создавать лекарственные вещества непосредственно в организме человека, доставляя в одну точку молекулы, необходимые для нужной химической реакции. Это свойство очень полезно для нестабильных лекарственных препаратов, которые не выживают ни в форме внутривенных инъекций, ни в форме таблеток. Основная долговременная цель синтетических материалов со свойствами живых тканей сводится к тому, чтобы поддержать или вообще заменить отказавшие внутренние органы.

Не обошлось здесь и без ложки дёгтя в бочке мёда. После публикации исследований в журнале Science, некий доктор Джонас Мозес заявил, что ничего нового в работе Бейли и его группы нет, и что десять лет назад аналогичное исследование было проведено в Медицинском университете штата Южная Каролина Владимиром Мироновым. О результатах исследования, якобы, сообщалось в апрельском номере журнала Trands in Biotechnology за 2003 год. А в 2004 году сам Мозес вместе со своим коллегой запатентовал куда более продвинутый способ 3D-печати органов, тканей и костей. Однако, реакция научного сообщества на исследования Миронова и патент Мозеса нам неизвестна, поэтому не будем вдаваться в подробности.

Как бы там ни было, научные разработки Хагана Бейли играют важную роль в развитии 3D-печати. Недаром коллеги Бэйли из Оксфордского университета называют их «небольшим кусочком Чаши Грааля».