Биологи напечатали человеческое ухо внутри тела грызунов

Учёные опробовали метод 3D-печати органов, который не требует хирургического вмешательства. Лазерный луч проникает сквозь неповреждённую кожу и формирует нужную структуру прямо под ней.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Science Advances.

Многие исследователи сегодня работают над технологиями 3D-печати живых тканей и даже целых органов. Обычно чернилами для 3D-принтера служит культура живых клеток, погружённая в специальную жидкость или гель – фотополимер. Там, где на фотополимер падает луч лазера, происходит химическая реакция, и субстанция затвердевает. Так формируется каркас органа.

Но такую процедуру приходится проводить либо вне организма, либо в открытой ране. Дело в том, что обычно в 3D-принтерах используются ультрафиолетовые лазеры, а это излучение не проникает сквозь кожу.

Теперь учёные из Китая, США и Бельгии разработали метод, который позволяет печатать нужную структуру под неповреждённой кожей человека или животного.

Исследователи использовали лазер ближнего инфракрасного диапазона, излучение которого проникает сквозь ткани на приемлемую глубину. При этом в чернила для биопринтера (биочернила) были добавлены наночастицы, которые поглощают инфракрасные волны и переизлучают их уже в виде ультрафиолетовых. А уж ультрафиолет вызывает нужные химические реакции в фотополимере.

Как отмечают разработчики нового метода, фотополимер и культура клеток вводятся путём инъекции через крошечный прокол. Затем наступает черёд облучения.

Лазерные лучи проходят сквозь оптическую систему, которая складывает из них нужную форму. Это можно сравнить с популярным некогда гаджетом: насадками на лазерные указки, превращающими "лазерный зайчик" в картинку. В данном случае такая картинка представляет собой форму будущего органа или другой структуры.

Для начала исследователи опробовали свой метод вне организма. Они напечатали разнообразные фигуры через мёртвую кожу мыши и мышечную ткань свиньи.

Затем пришёл черёд печати в живом организме. Экспериментаторы напечатали под кожей живых мышей простые фигуры (например, треугольники и кресты). Авторы убедились, что за неделю пребывания в организме эти инородные объекты не вызвали воспаления окружающих тканей или других осложнений.

На следующем этапе биологи напечатали структуру, копирующую форму человеческой ушной раковины (конечно, в уменьшенном виде). Для этого в биочернилах использовались клетки хряща.

Авторы взяли в качестве прототипа одно ухо и напечатали его зеркальное отражение в качестве второго уха. Именно так в будущем предполагается восстанавливать повреждённую ушную раковину, взяв здоровую за образец.

Ухо печаталось в двух вариантах: вне организма и под кожей живой мыши. В первом случае исследователи могли прямо замерить количество выживших клеток хряща. Спустя семь дней их всё ещё оставалось более 80%.

Внутри организма грызуна значительная часть клеток тоже выжила и начала выделять коллаген.

Напечатанная в живом организме ушная раковина приобретала окончательную форму в течение месяца. Она становилась всё более реалистичной по мере того, как клетки хряща размножались, заселяли напечатанный полимерный каркас и выделяли коллаген.

(A) Человеческая ушная раковина-прототип. (B) Её зеркальное отражение. (C) Контур, использованный как образец для печати. (D) Напечатанная вне организма структура. (E) Изображение напечатанной вне организма структуры через семь дней. Живые клетки хряща подсвечены зелёным. (F) Напечатанная в организме мыши ушная раковина. (G) Она же через месяц после печати. (H), (I). Микроизображения коллагена, выделенного клетками хряща в организме мыши.

Наконец, исследователи опробовали ещё одну перспективную процедуру: лечение закрытых ран с помощью 3D-принтера. Для этого они внедрили в биочернила стволовые клетки.

В закрытой ране под кожей живых мышей печаталась подходящая по размеру и форме заплатка. За 10 дней рана у животных затягивалась на 80%. У контрольных же особей, не получавших никакого лечения, – только на 40%.

Таким образом, 3D-печать сквозь кожу оказалась эффективна при лечении ран и создании простых органов, таких как ушная раковина. Исследователи надеются, что в обозримом будущем этот метод переместится из лабораторий в клиники.

К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о напечатанной на 3D-принтере роговице глаза и яичниках.