Новый 3D биопринтер печатает человеческие ткани в 10 раз быстрее

Несмотря на то, что технология 3D-печати тканей постоянно развивается, она остается крайне медленным процессом. Это связано с тем, что каждая клетка должна быть расположена с особой точностью, а также с тем, что они легко повреждаются во время печати. Однако недавние достижения в этой области позволили ученым не только ускорить процесс в десять раз по сравнению с существующими процедурами, но и делать это непосредственно на ране, что способствует более быстрому заживлению.

Новая технология биопечати

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, группа ученых из Университета штата Пенсильвания описывает ключевой фактор, способствующий формированию тканей: крошечные скопления клеток, известные как сфероиды. В отличие от предыдущих вариантов биопечати, где не хватало необходимых компонентов, сфероиды более точно имитируют плотность клеток в человеческом теле. Ибрагим Озболат, соавтор исследования и профессор инженерного дела и механики, биомедицинской инженерии и нейрохирургии, сравнивает этот процесс с возведением стены, где клетки играют роль кирпичей, а биочернила — раствора.

— Эта технология позволяет биопечатать ткани с высокой производительностью и скоростью, намного превышающей существующие методы, при этом сохраняя высокую жизнеспособность клеток, — заявил Озболат в своем выступлении.

Ранее Озболат и его коллеги разработали систему биопечати с использованием аспирации, в которой отдельные сфероиды поднимались, переносились и располагались с помощью наконечника пипетки в форме, способствующей самосборке и росту в твердую ткань. Однако такой поэтапный процесс требовал дней для создания одного кубического сантиметра материала.

Ускорение процесса биопечати

Дополнительные исследования и анализ позволили команде Озболата создать высокопроизводительную интегрированную систему изготовления тканей для биопечати (HITS-Bio). Вместо ручной сборки в HITS-Bio используется матрица из четырех пипеток, которые управляются в цифровом формате и перемещаются в трех измерениях, одновременно обрабатывая несколько сфероидов. Этот инструмент с несколькими пипетками может одновременно обрабатывать до 16 сфероидов, размещая их в точные конфигурации на подложке из биочернил, что значительно ускоряет процесс 3D-биопечати клеточных структур.

— Затем мы можем очень быстро создавать масштабируемые структуры. Это в 10 раз быстрее, чем существующие методы, и обеспечивает более чем 90-процентную жизнеспособность клеток, — сказал Озболат.

Чтобы продемонстрировать возможности новой технологии, исследователи провели два отдельных теста. В первом эксперименте команда использовала HITS-Bio для создания блока объемом в один кубический сантиметр примерно из 600 сфероидов клеток, способных вырасти в хрящ. Вместо нескольких дней работы HITS-Bio создал сфероидный образец менее чем за 40 минут.

Технология микроРНК

Эта технология уже показывает многообещающие результаты и за пределами лаборатории. В другом эксперименте Озболат и его коллеги использовали HITS-Bio во время операции, чтобы ввести биочернила со сфероидами непосредственно в рану, расположенную на черепе крысы, — это мировой рекорд. С помощью технологии микроРНК, которая контролирует экспрессию генов, исследователи направляли сфероиды на рост в настоящую кость. После операции рана почти полностью зажила примерно за шесть недель.

— Это действительно ускорило восстановление костей, — сказал Озболат.

В дальнейшем исследователи планируют масштабировать метод HITS-Bio, чтобы работать с более сложными тканями, возможно, добавив больше сопел. Если им удастся понять, как внедрить печать клеток кровеносных сосудов, необходимую для клинически и хирургически жизнеспособной трансплантационной ткани, команда считает, что однажды эта технология может даже помочь в печати целых органов, таких как печень.

Ранее мы писали, что молекулярная память жировых клеток способна провоцировать повторный набор веса у людей, которые уже похудели. Узнайте больше в материале 56orb.