Строительные леса не нужны: биологические ткани впервые напечатали прямо в геле

Учёные в различных лабораториях уже много лет и с переменным успехом занимаются выращиванием тканей и органов из стволовых клеток. Этот процесс основан на так называемом скаффолдинге – подходе, при котором клетки первоначально "высеиваются" на биоразлагаемые опорные структуры наподобие строительных лесов. Именно они обеспечивают желаемую объёмную архитектуру будущего органа или ткани.

Однако такой метод имеет свои недостатки. Поскольку скаффолды (те самые опорные матрицы) постепенно разлагаются, рассчитать все параметры так, чтобы их растворение точно совпало с созреванием выращиваемого на нём биологического материала, очень непросто.

Кроме этого, продукты распада таких (обычно полимерных) каркасов могут быть токсичными для будущего органа. Да и наличие самого материала может мешать образованию клеточных соединений, которые крайне важны для формирования хорошо функционирующих тканей.

Недавно исследовательская группа под руководством профессора Эбена Альсберга (Eben Alsberg) из Иллинойсского университета в Чикаго разработала новый подход. Он позволяет печатать биологические ткани без применения скаффолдов, используя "чернила", состоящие только из стволовых клеток.

"Наша платформа позволяет выполнять 3D-печать клеток не с классической опорой на скаффолды, а с помощью временной гидрогелевой ванны, в которой и происходит печать", – объясняет Альсберг в пресс-релизе университета.

Выглядит вещество как достаточно густой гель. Он состоит из гидрогелевых капель микронного размера, которые располагаются в питательной среде. Такая смесь позволяет форсунке 3D-принтера свободно двигаться между микрокаплями и вводить стволовые клетки с минимальным сопротивлением.

Биопечать буквы С "чернилами" из стволовых клеток в гелевой среде. Oju Jeon, Eben Alsberg, University of Illinois at Chicago.

После того как клетки "распечатали" в такой гидрогелевый матрикс, его подвергают ультрафиолетовому облучению. Под воздействием такого света капли гидрогеля связываются между собой и застывают на месте.

Такая застывшая субстанция позволяет находящимся внутри клеткам легко образовывать связи, созревать и расти. Кроме того, между частицами гидрогеля может свободно циркулировать питательная среда, необходимая для развития клеток.

Отработавшая своё питательная среда по мере надобности заменяется на новую. Кроме того, путём лёгкого взбалтывания или контролируемой деградации легко удаляются и сами гелевые капли. В итоге остаётся нетронутая выращенная в гидрогелевой среде ткань.

Как уже упоминалось выше, команда Альсберга использовала в своих экспериментах стволовые клетки, которые могут специализироваться в самые разные типы тканей. С помощью новой технологии учёным уже удалось выполнить трёхмерную печать ушного хряща и миниатюрной бедренной кости.

Эксперимент продемонстрировал, что напечатанные таким образом клетки вполне способны образовывать стабильные межклеточные связи.

По словам учёных, это первый случай, когда сложные клеточные конструкции были напечатаны без использования опорных элементов – скаффолдов, которые стабильны лишь непродолжительное время.

"Мы показали, что с помощью новой стратегии совокупность клеток может быть организована и собрана в сложные функциональные ткани. Это может быть полезно в биоинженерии и регенеративной медицине, а также в получении моделей для изучения биологии развития", – отмечает профессор Альсберг.

Результаты научной работы американских исследователей опубликованы в издании Materials Horizons.

Авторы "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) ранее рассказывали о впечатляющих перспективах, которые открывают регенеративные технологии и, в частности, о российских разработках в этой области.

Следите за новостями науки, подписывайтесь на наши группы в социальных сетях: ВКонтакте, Facebook, Twitter, "Одноклассники". Есть мы и в Яндекс.Дзене.

Мы будем держать вас в курсе новейших открытий и изобретений, а пока предлагаем узнать о создании органов-на-чипе и веществе, упрощающем печать медицинских имплантатов.