3D-принтер научится вязать человеческую ткань, словно шерстяной шарфик

Ежегодно по всему миру проводят около 100 тысяч операций по пересадке жизненно важных для человека органов, причём потребность в таких операциях год от года растёт, а доноров хватает далеко не всем пациентам. В России из совокупности больных, которые стоят в очереди на пересадку почек, ежегодно получают жизненно важные органы лишь 10 %. Из-за огромного дефицита донорских органов, оборот чёрного рынка в мире уже перевалил за миллиард долларов в год. В некоторых государствах стоимость операции по пересадке почки составляет более 100 тыс. долл. США.

Возможно, в ближайшие десятилетия решить проблему поиска донорских органов и спасти миллионы жизней поможет 3D-биопринтинг (печать органов и тканей на 3D-принтере). Технологию уже называют мощным прорывом в медицине. Правда, во всём мире разработкой 3D-принтеров для биопечати занимаются пока не более 10 лабораторий.

До последнего времени 3D-биопринтеры при печати прототипов органов и тканей накладывали клетки (печени, кожи и т.д.) на каркас, который растворялся после создания органа. Такой каркасный метод не подходил для создания трёхмерных аналогов хрящей и мышц, состоящих из прочного, жилистого клеточного материала, а также отдельных клеток иного типа.

Совсем недавно учёные из Айовы разработали многорукий 3D-биопринтер и научили его одновременно наслаивать волокна и отдельные клетки. При этом одна рука была использована для формирования многослойных волокон из альгината натрия, другая – для заполнения пустот между волокнами клетками другого типа. В итоге разработчикам, не опираясь ни на какие каркасы, удалось создать 20-слойный участок биологической ткани площадью около 20 кв.мм.

Биологические ткани, напечатанные на 3D-принтере (20х20 мм): (а) вид сверху, (b) вертикальная ориентация, (с) изображение под микроскопом, (d) культура через две недели после печати

Вот как комментирует это событие руководитель группы Ибрагим Озболат: «3D-биопринтер можно оснастить и тремя, и даже четырьмя руками, чтобы каждая из них добавляла новый тип тканей или клеток, например соединительные элементы, кровеносные сосуды или что-то индивидуальное для каждого органа».

Коллеги из других лабораторий, занятые разработкой 3D-биопринтеров, полагают, что на данном этапе развития методика может производить недостаточно плотные биологические структуры. Биоинженер Шейла Макнейл (Sheila MacNeil) из Центра биоматериалов и инжиниринга тканей при Шеффилдском университете (Великобритания) отмечает, что напечатанные органы и ткани можно будет использовать для тестирования разных доз и комбинаций медицинских препаратов. А вот для производства настоящих органов для трансплантации альгинатные гели пока не годятся из-за низкой механической прочности.

Изображение прототипа многорукого 3D-биопринтера: (а) общее изображение, (b) рабочая зона

Сотрудники лаборатории из Айовы смотрят в будущее более оптимистично, и заявляют, что в ближайшее время 3D-принтер с роботизированными конечностями научится вязать человеческие ткани и органы точно так же, как бабушки вяжут тёплые носочки и шарфики.

Технология вызвала широкий интерес общественности. В ближайшие годы сотрудники лаборатории из Айовы намерены продолжить её совершенствование.