Биологи освоили 3D-печать сложных компонентов человеческого сердца

Команда исследователей из Университета Карнеги-Меллона усовершенствовала разработанную ими же технологию Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels (сокращённо FRESH).

Теперь она позволяет печатать коллагеновые структуры беспрецедентной сложности, например, компоненты человеческого сердца от мельчайших сосудов и клапанов до целого желудочка.

Исследователи выбрали именно коллаген неспроста. Дело в том, что все специализированные клетки органов и тканей человека соединены друг с другом так называемым внеклеточным матриксом.

Это основа любой соединительной ткани, которая обеспечивает механическую поддержку клеток и транспорт необходимых веществ. А главным компонентом внеклеточного матрикса является белок коллаген, который довольно непросто использовать в трёхмерной печати биологических тканей.

Дело в том, что этот ключевой белок нашего тела представляет собой жидкое вещество. И если попытаться использоваться его в качестве "чернил" на обычной платформе для трёхмерной печати, он попросту растечётся.

Главной сложностью является необходимость поддержки самого коллагена во время процесса печати. В противном случае достичь необходимого разрешения и точности структуры не получится. Именно для решения этой проблемы и был разработан новый подход.

Усовершенствованный метод трёхмерной биопечати FRESH, предложенный специалистами лаборатории профессора Адама Файнберга (Adam Feinberg), позволяет создавать из коллагена слой за слоем в ванне с гелем. Последний и обеспечивает опору для жидкого белка. В геле коллаген принимает необходимую форму, а затем застывает, становясь похожим на желе.

Процесс преобразования коллагена из жидкого состояния в плотное желеобразное вещество учёные контролировали с помощью точного регулирования кислотности (рН).

В результате новый подход обеспечил разрешение печати до 10 микрометров и дал возможность "встраивать" в коллаген специализированные клетки, например, клетки сердечной мышцы.

После того как поддерживающий гель выполнил необходимые функции, его растапливают и удаляют. Это не вредит напечатанной структуре.

Стоит отметить, что технология, созданная и усовершенствованная учёными из Университета Карнеги-Меллона, позволяет производить ткани с очень сложным строением. Ранее подобное было невозможно.

"Мы продемонстрировали возможность биопечати коллагена и клеток сердечной мышцы. Из этих структур нам удалось получить функционирующие части сердца, например, клапаны или даже небольшой желудочек. Кроме того, используя данные МРТ человеческого сердца, мы смогли точно воспроизвести анатомическую структуру, характерную для конкретного человека", – отмечает главный автор научной работы профессор Адам Файнберг в пресс-релизе университета.

Разработчики уверены, что обновлённая технология FRESH найдёт применение во многих областях регенеративной медицины, от заживления ран до биоинженерии органов и тканей.

Конечно, создание частей органа и биопечать целого функционирующего сердца – это не одно и то же. Однако эксперты уверены, что с помощью предложенного метода биоинженерия сделает огромный шаг вперёд и в будущем поможет преодолеть нехватку донорских органов по всему миру, а значит, спасти тысячи жизней людей.

Результаты научных изысканий группы под руководством профессора Файнберга опубликованы в открытом доступе в издании Science.

Авторы "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) часто сообщают о самых интересных разработках в области биоинженерии, в том числе и о российских.