Биопринтер: Распечатка почки

Первый трехмерный «принтер» для печати человеческих тканей и органов передан в коммерческое производство.


В ходе печати тканей и органов микросферы с живыми клетками наносятся на подложку слой за слоем; сама же гелевая подложка легко удаляется

Об этом в прошлый четверг, 10 декабря объявила компания Invetech, которая специализируется на инновациях в области разработки продуктов и средств автоматизации для биомедицинского, промышленного и потребительского рынков. Коммерческую эксплуатацию и поставку аппаратуры, созданной на базе разработанной ее специалистами технологии биопечати NovoGen, будет вести компания Organovo. Президент Invetech Фред Дэвис (Fred Davis) отметил, что не так давно поклеточное воспроизведение человеческих органов казалось научной фантастикой. Однако сегодня уже создан инструмент, которой сделает такую регенеративную медицину доступной всему человечеству.

Специалисты могут использовать трехмерные биопринтеры для размещения клеток практически любого типа в желаемый трехмерный каркас. Например, они могут размещать внутри предварительно сформированной формы клетки печени или почек, либо формировать комплексы из прилегающих слоев эпителиальной и мягкой стромальной ткани, которые впоследствии сформируют полноценные зубы. Конечной идеей использования биопринтеров является изготовление различных органов «под заказ».

Трехмерный биопринтер снабжен программным обеспечением, позволяющим создать и просчитать модель тканевой конструкции до того, как принтер начнет создавать собственно физическую конструкцию с помощью автоматизированных печатающих головок.

 
«Биопринтер» производства компании nScript занимает целый шкаф 
Сам аппарат помещается внутрь стандартного бокса для стерильной работы. Он имеет две печатающих головки, одна из которых предназначена для нанесения клеток, а вторая – гидрогеля, каркаса или поддерживающего матрикса.

Четыре последних года группа профессора Габора Форгакса (Gabor Forgacs) работала над усовершенствованием процесса распечатывания тканевых структур сложной формы – в идеале, он должен позволять «напечатать» отдельные человеческие органы. В своем последнем исследовании ученые обнаружили, что распечатывание таких структур не влияет на жизне- и работоспособность отдельных клеток. Более того, процесс во многом напоминает естественное образование органов и тканей.

Вместо чернил ученые использовали особые сферические частицы, включающие от 10 до 40 тыс. живых клеток. Частицы эти с помощью трехмерной печати наносили на подходящую биоразлагаемую подложку. Нанесенные на нее сферы сливались в единую структуру, подобно тому, как мелкие капли воды сливаются в более крупные. «Если достаточно подождать, — комментирует профессор Форгакс, — отдельные сферы сольются в одну большую сферу». Чтобы предотвратить это, достаточно удалить подложку, остановив рост в нужный момент.

До недавнего времени два момента существенно ограничивали возможности распечатывания достаточно протяженных тканевых структур из большого числа клеток. Во-первых, для этого требовалось доставлять строго определенные клетки в строго определенные локации. Во-вторых, их еще следовало объединить в единое целое и заставить работать. Однако, профессор Форгакс утверждает, что об обеих сложностях можно попросту забыть.

По мере того как структура ткани начинает формироваться, клетки сами проходят естественный процесс сортировки – в точности такой, какой происходит в естественных условиях. К примеру, артерия содержит три разных типа клеток – клетки эндотелия, клетки гладких мышц и фибробласты – и каждый из них должен располагаться в определенных частях сосуда. По мере того, как при печати тысячи клеток постепенно наносятся на подложку, они сами мигрируют в нужное место, чтобы сформировать подходящую структуру.

Для изучения второй сложности ученые выделяли клетки из сердца цыпленка и использовали их в качестве «био-чернил». Проблема состоит в том, что все клетки, работающие в сердечной ткани, должны быть строго синхронизированы друг с другом, чтобы сердце совершало сокращения. После того, как такая ткань была распечатана, клетки не бились в унисон, но когда отдельные микросферы слились, структура сама «нашла нужный ритм» и запустилась! Габор Форгакс добавляет: «Исследование показывает, что можно использовать разные виды клеток в смеси, и что нет нужды строго располагать клетки и контролировать весь процесс. Природа сама берет на себя важную часть работы».

Одной из наиболее сложных задач, с которыми столкнулись разработчики биопринтера, было обеспечение достаточного маленького (с точностью до 1 мкм) шага между точками последовательных ударов капиллярного наконечника головки. Соблюдение этого условия необходимо для точного взаиморасположения клеток. Для решения этой задачи инженеры создали лазерную систему калибровки, работающую под контролем компьютера.

Первую партию биопринтеров Invetech планирует поставить Organovo уже в 2010-2011 гг. Organovo, в свою очередь, будет продавать эти системы для «печати» органов и тканей передовые исследовательские и медицинские институты всего мира.

Ссылка на источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.