Ученые доказали возможность 3D-печати органов

Ученые доказали возможность 3D-печати органов

Используя специально разработанный 3D-принтер, медики доказали, что возможно «печатать» ткани для замещения поврежденных или зараженных органов у пациентов.  

Ученые рассказали, что им удалось распечатать хрящевую, мышечную и костную ткани. При вживлении этих тканей животным искусственные структуры срастались с естественными тканями, и в них развивалась система кровеносных сосудов. Это означает, что искусственные структуры обладали необходимыми для человека размерами и свойствами.

«Этот принтер для печати тканей и органов – важный шаг на пути к созданию системы замещения тканей у пациентов», – говорит Энтони Атала (Anthony Atala), директор Института восстановительной медицины Уэйк Форест и руководитель исследования. – «Он может печатать стабильные ткани любой формы, подходящие для человека. Дальнейшие разработки позволят использовать его для печати тканей и органов для хирургической имплантации».

Тканевая инженерия должна найти способ выращивать ткани и органы в лабораторных условиях для трансплантации. Точность 3D-печати делает этот метод перспективным для создания сложных тканей и органов человеческого тела. Однако все существующие принтеры – струйные, на основе выдавливания и прямого лазерно-индуцированного переноса – не подходят для создания структур с необходимыми для человека свойствами и размерами.

Система печати тканей и органов для имплантации, разработками которой в течение 10 лет занимались ученые Института восстановительной медицины, позволила преодолеть этот барьер. В систему загружаются биоразлагаемые пластические материалы для придания формы ткани и гели на основе воды с клетками. Кроме того, система формирует прочную внешнюю структуру. Процесс печати не наносит вреда клеткам.

Основной вопрос, который возникает при печати тканей – сколько времени необходимо искусственным тканям, чтобы они прижились в теле человека. Специалисты Баптистского медицинского центра Уэйк Форест решили эту проблему двумя способами. Они оптимизировали водные «чернила» с клетками так, чтобы клетки могли питаться и расти. Также ученые предусмотрели сеть микроканалов внутри искусственной структуры, которые подают питательные вещества и кислород из тела и поддерживают жизнеспособность структуры, пока в ней не разовьется система кровеносных сосудов.

Ранее было показано, что искусственные структуры без кровеносных сосудов должны быть размером менее 200 микрон, чтобы клетки структуры выжили. В этих исследованиях были проведены опыты по созданию искусственного уха (размером с ухо ребенка), в котором через 1-2 месяца после имплантации развилась сеть кровеносных сосудов.

«Наши результаты показывают, что био-чернила, которые мы использовали для создания уха, и микроканалы обеспечивают среду для поддержания жизнедеятельности и роста клеток и ткани», – сказал Атала.

Другое преимущество системы – возможность использовать данные компьютерной и магнитно-резонансной томографии для создания макета необходимых тканей пациента. Для пациента без уха, например, система может распечатать необходимую структуру.

Несколько экспериментов уже подтвердили работоспособность и эффективность системы. Для демонстрации создания сложных трехмерных структур отпечатанное наружное ухо человека было вживлено под кожу мыши. Через два месяца сформировалась хрящевая ткань заданной формы, и в ней развилась сеть кровеносных сосудов.

Для демонстрации возможностей системы по созданию мягких тканей отпечатанные мышцы были вживлены крысам. Через две недели тесты подтвердили, что мышцы достаточно прочные и соответствуют структурным характеристикам. Также проверка показала, что в ткани появились кровеносные сосуды и нервные окончания.

Для демонстрации возможности создания человеческой костной ткани были отпечатаны фрагменты челюстных костей с использованием исходных клеток человека. Фрагменты имели размер и форму, необходимую для челюстно-лицевой реконструкции у человека. Для изучения процесса вживления отпечатанные части костей были имплантированы крысам. Исследования показали, что через пять месяцев искусственные структуры сформировались в костную ткань с сетью кровеносных сосудов.

В настоящее время ведутся исследования для получения долгосрочных результатов.

Возврат к списку

Хотите подписаться на статьи электронного журнала "Электрорешения"?