23.02.17. В Іспанії навчилися друкувати шкіру на 3D-принтері
Пересадка шкіри потрібно при опіках, різних патологіях, після операцій. Зазвичай для відновлення шкіри використовуються аутогенні трансплантати, коли ділянку шкіри беруть у самого реципієнта. Але при великій площі опіків трансплантація скрутна. Нещодавно ми розповідали, як вирощують клітини шкіри і навіть шматочки шкіри в лабораторії. Але знову ж таки, як отримати ділянку шкіри досить великої площі? Іспанська компанія BioDan Group у співпраці з місцевими НДІ розробила технологію друку шкіри на 3D-Біопринтер. У чотирьох картриджах принтера - плазма крові, фібробласти, хлорид кальцію і кератиноцити. В результаті виходить матриця шарів на основі гідрогелю, що підтримує живі клітини. Після певного часу дозрівання в лабораторії ця надрукована тканина може бути пересаджена в організм людини (поки пересаджували таку шкіру тільки мишам).
Ізраїльська компанія Nano Dimension прославилася в світі 3D-друку завдяки новаторської технології виготовлення складних електронних друкованих плат. Днями вона уклала угоду з ізраїльською біотехнічної фірмою Accellta (яка створює технології вирощування стовбурових клітин) з метою проведення лабораторних випробувань 3D-біопринтера для виготовлення стовбурових клітин. Технологія 3D-друку живими клітинами - обіцяє неймовірні можливості. Однак щоб до кінця розкрити її потенціал, необхідно підвищити швидкість і якість друку, життєздатність і керованість клітин, доступність самої технології, а також подумати про відкриття нових технологій друку біочерніламі. Поєднуючи високошвидкісну і високоточну технологію розпилення і технологію виробництва стовбурових клітин компанії хочуть підняти якість і швидкість друку до немислимих перш меж.
Біоінженери з Інституту регенеративної медицини в Уейк-Форесті (США) розробили незвичайну технологію тривимірного друку, яка дозволяє створювати повноцінні копії окремих кісток, м'язів і хрящів зі стовбурових клітин. До сих пір вченим вдавалося роздруковувати тільки дуже тонкі шари живої тканини (до 200 мкм) - інакше тканина починала гинути, так як поживні речовини і кисень не можуть проникнути на таку глибину без наявності кровоносних судин. В даному випадку біоінженери використовували особливий полімер, який дозволяв укладати клітини шарами і при цьому зберігати невеликий просвіт між ними. А після друку, вчені поміщають органоид в організм миші, де він поступово "заростає" кровоносними судинами, а полімер поступово розкладається, поступаючись їм місце. В кінцевому підсумку на місці заготовки виникає повноцінний орган, що володіє потрібною тривимірної формою і всіма необхідними видами тканини.
Чому медики досі не можуть роздруковувати органи для заміни (трансплантації) на 3D-Біопринтер? Головна проблема в тому, що вони поки не навчилися роздруковувати кровоносні судини. А без кровоносних судин орган довго не проживе. Але схоже, в цьому напрямку з'явився прогрес. Дослідники з Ліверморської національної лабораторії розробили новий метод 3D-друку кровоносних судин, які через деякий час самостійно обростають мережею капілярів. При друку використовуються живі клітини і біочерніла з поживними речовинами, що сприяють самостійного розвитку клітинних структур.Прі цьому капіляри, що утворилися в такій системі, цілком працездатні і можуть постачати навколишні тканини поживними речовинами.
Зазвичай, коли потрібно відновити нерв в пошкодженої тканини, хірурги вирізають нервові волокна з іншої частини тіла і пересаджують їх. Зрозуміло, така операція пов'язана з ризиком порушень вже в тому місці, де нерви вирізали. Набагато зручніше б була можливість замінювати пошкоджену тканину ідентичним екземпляром, роздрукованим на 3D Біопринтер. На сьогоднішній день - це не диво, а вже комерційна технологія. Однак, роздруковувати тканину з кровоносними судинами і нервами медики поки що не навчилися. Перші кроки в цьому напрямку зробила команда з Університету Міннесоти. Вони роздруковують необхідний зразок тканини і в спеціально залишені жолобки додають нервові клітини і поживні речовини для росту нервової тканини.
Безліч дослідницьких проектів по всьому світу зараз працюють над можливістю роздруківки людських органів і тканин для їх подальшої трансплантації. Вони вже навчилися створювати штучні кістки, судини і дихальні шляхи. Ми також бачили спроби роздрукувати нирку, печінку і навіть мозок. Але виявляється, найлегше - роздрукувати серце. Так стверджує доктор Стюарт Вільямс з американського університету University of Louisville. Тому що (говорить він) серце складається з дуже малої кількості різновидів клітин і тому, що у них всього лише одна функція - реалізувати скорочення серцевого м'яза. Клітини для клонування серця можна взяти з жирової тканини самого пацієнта. Вчений упевнений, що перше штучне серце, роздруковане на 3D-Біопринтер буде готово менш ніж через 10 років.
У 22-річної пацієнтки Університетського медичного центру Утрехта (це в Нідерландах) було рідкісне захворювання черепа - він ріс всередину і тиснув на мозок, що викликало порушення зору і головні болі. І серйозні пошкодження мозку або смерть були б неминучі в найближчому майбутньому, якщо б лікарі не придумали замінити верхню частину черепа на штучну, роздруковану на 3D-принтері. Імплантат виготовлений за індивідуальним замовленням з міцного пластику, назва якого не називається. Після операції до пацієнтки повернувся зір, вона не проявляє ніяких симптомів хвороби і повністю працездатна.
Уже, напевно, ніхто не сумнівається, що 3D-біопринтери скоро стануть невід'ємною частиною медицини і будуть використовувати для створення штучних органів і тканин. Але до сих пір мова йшла про використання великих Біопринтер в лабораторіях. А ось австралійські вчені з університету Вуллонгонг подумали, чому б не зробити портативний біопринтер, за допомогою якого можна формувати потрібні тканини і прямо на живому людина. І ось результат - BioPen - біопринтер в формі ручки, на яку по трубочках подаються матеріали: стовбурові клітини і полімер (який забезпечує потрібну структуру, а потім розчиняється через деякий час). Ультрафіолетовий випромінювач на кінчику ручки забезпечує швидке застигання біо-чорнила. Використовувати BioPen спочатку збираються для ортопедичних операцій з ендопротезування суглобів, в яких потрібно відновлювати пошкоджені хрящі й кістки.
Американська компанія Organovo. яка займається виробництвом 3D-Біопринтер, навчилася роздруковувати зразки людської печінки, які здатні нормально функціонувати протягом 40 днів. Чому тільки 40? По-перше, це вражаючий рекорд, з урахуванням того, що попередній рекорд (теж належить Organovo) - був всього 5 днів. По-друге, поки Organovo друкує органи не для трансплантації, а для випробування ліків, і 40 днів для цього - цілком достатньо. По-третє, прожити більше штучна печінка поки не може з однієї простої причини - в ній немає кровообігу, яке б живило клітини енергією. Чесно кажучи, в ній навіть немає кровоносних судин. Organovo поки тільки навчилася друкувати тканини печінки (нашаровуючись живі клітини один на одного), але ось кровоносні судини, капіляри, вони поки друкувати не можуть. Проте, фахівці намагаються подолати і цю проблему, так що надія на швидке вирішення є.
Зараз в світі мільйони пацієнтів очікують трансплантацію органів. 90% з них очікують нирку. Причому, більшість не дочекається. Навіть ті, хто готовий заплатити за трансплантацію нирки десятки тисяч доларів. Просто донорських нирок - мало. Тому, будьте впевнені: скоро бізнесмени змусять медиків навчитися вирощувати штучні нирки в лабораторії. Дослідники китайського університету Huazhong University of Science and Technology кажуть, що їм вдалося створити штучну нирку за допомогою 3D-біопринтера. Причому, ця нирка може виконувати властиві їй функції - фільтрацію токсинів і мочеобразование. Єдине, їх нирки вийшли менше розміром, напевно китайці десь помилилися, програмуючи 3D-біопринтер. Матеріалом для нирки послужив живильний гідрогель з справжніми живими клітинами нирок, розмноження в лабораторії. Звичайно, поки це досвідчені зразки, але вчені впевнені, що комерційна експлуатація вже не за горами.
Пам'ятайте, як створюються ліки 2.0. Дуже довго і дорого. Особливо складна фаза клінічних випробувань. Але з недавніх пір з'явилася технологія, яка зможе значно прискорити цей процес - 3D біопринтери. Ви звичайно, знаєте що таке 3D біопринтери? Це та сама технологія майбутнього, яка дозволить роздруковувати будь-які органи або тканини, щоб пересадити їх пацієнтові, замість того, щоб лікувати його хворі органи і тканини. Так ось, це вже наукова фантастика, а комерційна технологія. Американська компанія Organovo цілком успішно продає свої 3D біопринтери (NovoGen MMX Bioprinter) і заробляє мільйони доларів. Ні, поки їм ніхто не дозволив проводити органи для практичної трансплантації, але знайшлися клієнти, готові платити за ці біопринтери навіть без наявності сертифіката від медичних регулюючих організацій. Це фармацевтичні гіганти. Вони друкують на Біопринтер різні тканини і органи і тестують на них свої нові ліки. ***
Лоуренс Бонассар, професор відділення біотехнологій американського університету Cornell University розповідає і показує сучасні технології 3D-друку людських тканин і органів. Його лабораторія спеціалізується на клонуванні хрящів, наприклад, вушних раковин. Процес починається з 3D-сканування людини. Потім створюється точна комп'ютерна модель. Потім створюються чорнило - живі чорнило з клітин і сполучної гелю. Потім 3D-біопринтер роздруковує хрящ шар за шаром.