3D-биопринтинг – передовые технологии, спасающие жизни и помогающие создавать новые лекарства. В чем особенность и сложность разработок, кто ими занимается и какие успехи уже сделаны – об этом пойдет речь в материале. Также ознакомимся ко всеми методами биопечати, известными на сегодняшний день.
3D-биопринтинг – это создание объемных моделей при помощи биоматериала, который включает живые клетки. Он используется для воспроизведения сложных структур, таких как кожаные ткани или кровеносные сосуды.
Клетки для создания модели берутся у пациента и культивируются до тех пор, пока их масса станет достаточной для создания биочернил. Полученные чернила загружаются в принтер, на котором печатается нужная модель.
Получение достаточного количества клеток возможно не всегда, поэтому на помощь приходят морские водоросли или свиной коллагеновый белок. Также применяются стволовые клетки, у которых есть свойство становиться любой клеткой в организме.
Первый биологический 3D-принтер
Представители Organovo решили отойти от идеи выращивания органов в пробирке и предположили, что напечатать его будет куда более эффективнее. Они придумали технологию NovoGen, которая регламентировала все взаимодействия между биологической составляющей процесса и ее механической частью. Для реализации идеи привлекалась компания Invetech. В результате сотрудничества получился компактный прибор с интуитивно понятным интерфейсом.
Принтер имел две печатающие головки. Одна наполнялась нужным биоматериалом, вторая – вспомогательными компонентами (коллаген, поддерживающий гидрогель, факторы роста). Точность печати доходила до микрометров, что играло важную роль в правильном размещении клеток.
Биочернила
Производители занимаются не только разработкой технологии и конструкции печатающих аппаратов, но и материалов, с помощью которых можно создавать сложные структуры и целые органы.
Биочернила — это материал (филамент), используемый для производства инженерных (искусственных) живых тканей с использованием технологии 3D-печати. Он может состоять только из клеток, но в большинстве случаев также добавляется дополнительный материал-носитель, который обволакивает клетки. Этот материал-носитель обычно представляет собой биополимерный гель, который действует как трехмерный молекулярный каркас. Клетки прикрепляются к этому гелю и это позволяет им распространяться, расти и размножаться в этой среде.
Важно отметить, что гель также может обеспечивать защиту клеток от негативного воздействия во время процесса печати. Его настолько важно, что термин «биочернила» часто используется для описания одного материала-носителя, независимо от клеток, которые могут размножаться на нем.
Организации, которые предлагают печать органов или занимаются продажей биопринтеров:
3D Bioprinting Solutions – единственная организация из России, занимающаяся биопечатью. Компания основана в 2013 году. Одним из соучредителей выступил сооснователь ИНВИТРО – Александр Островский. Его специальность – врач-реаниматолог.
В 2014-м лаборатория представила первый биопринтер, сделанный в России. Он получил имя FABION. По перечню использования разных печатных материалов это устройство выступает одним из лидеров в области многофункциональных аппаратов.
В начале 2015 года компания создала и успешно пересадила органный конструкт щитовидной железы мыши. В 2016-м исследователи произвели печатающую головку, которая может автоматически подавать тканевые сфероиды для 3D-биопечати. Разработка была применена в новой версии аппарата – FABION-2.
После выпуска обновленной версии устройства специалисты компании сконцентрировались на создании принтера, применяющего новую методологию работы, отличную от предыдущих решений. Ею стал принцип магнитной левитации и способность микротканей производить самосборку из тканевых сфероидов. Полностью функционирующий магнитный агрегат увидел свет к весне 2017 года.
В конце лета 2017-го началось сотрудничество с государственной компанией «Роскосмос». Лаборатория заключила контракт об осуществлении космического эксперимента по биофабрикации на борту российской части МКС. Ученые приступили к разработке принтера «Орган.Авт», способного к работе в невесомости.
Эксперимент «Магнитный биопринтер» стартовал в конце 2018 года. В его ходе были напечатаны модели костной и хрящевой ткани человека, а также мышиной щитовидной железы. Для проведения работы члены экипажа «Союз МС-11» прошли соответствующую подготовку в лаборатории 3D Bioprinting Solutions.
Помимо биопринтеров, компанией разработана линейка многофункциональных продуктов из коллагена – Висколл. Она подходит для применения в любом 3D-биопринтере. Биочернила применяются для широкого круга экспериментов в сфере биофабрикации. Продукт представляет собой концентрированный раствор коллагена первого типа высшей степени очистки. Он сразу готов к применению.
Что печатают на 3D-биопринтерах?
1) Печать органов
Печать полностью функциональных сложных внутренних органов пока что невозможна, хотя в этой области ведутся непрерывные исследования. К примеру, мочевой пузырь уже удалось воспроизвести. Случилось это в 2013 году в США (Университет Уэйк Форест).
Ученые извлекли исходный материал из плохо работающего органа пациента, взрастили их и добавили питательные компоненты. Далее они воспроизвели форму мочевого пузыря по параметрам пациента и пропитанные через нее культивируемые клетки. Модель поместили в инкубатор, довели до необходимой кондиции и трансплантировали человеку. С течением времени она разрушилась, на ее месте остался полностью органический материал.
Та же команда произвела жизнеспособные уретры. Непрерывно ведутся исследования и совершаются прорывы в создании почек, печени и сердца.
2) Печать тканей и сосудов
Тело человека пронизывают десятки тысяч километров капилляров, артерий и вен. Со временем они изнашиваются, и ученые ведут исследования над возможностью их полноценной замены. Создание частей тела на биопринтере невозможно без воспроизведения жизнеспособных кровеносных сосудов. Технологии позволяют создать материалы, спроектированные для дальнейшего благоприятного самостоятельного развития сосудов.
3) Хирургическая практика
Хирурги получили возможность проходить практику по проведению операций на органах и тканях, выглядящих на 100 % реально. Это происходит как при помощи виртуального создания прототипов, так и с применением печатных 3D-моделей.
4) Проверка новых лекарств
Ткани, воссозданные на биопринтере, имеют несколько типов клеток с разной плотностью, а также с ключевыми архитектурными особенностями. Это дает возможность проводить исследования воздействия заболеваний на организм, а также прорабатывать разные способы лечения.
3D-биопринтеры в России
Пока что устройства для биопечати в России представлены только одной компанией, созданной сооснователем сети ИНВИТРО – 3D Bioprinting Solutions. Проходящие исследования на российской части МСК в условиях невесомости вселяют в исследователей надежду, что будут получены уникальные данные, на основе которых станут разрабатываться новые лекарства.
Ученые также с оптимизмом смотрят на создание функциональных сложных органов человеческого организма, говоря о том, что они появятся уже в текущем столетии.
Развивающиеся технологии в области биопринтинга дают возможность сделать следующие выводы:
Передовыми разработками занимаются ученые по всему миру.
В области биопринтинга постоянно делаются серьезные успехи.
Новые технологии спасают жизни, врачи уже успешно создают и трансплантируют отдельные органы и ткани в организм человека.
Доступность печати все еще остается под вопросом. Не каждый может ее себе позволить и далеко не всегда она помогает полноценно заменить плохо функционирующую часть тела.
Создание таких сложных полноценных органов как сердце, печень, мозг еще впереди.
https://vektorus.ru
Комментариев нет:
Отправить комментарий