Биопечать – это инновационная технология, позволяющая выращивать живые клетки из биочернил со стволовыми клетками. Таким образом можно послойно выращивать кожу, ткани или целые органы: реальностью стала пересадка сердца, легкого или почки, напечатанных на 3D принтере из собственных клеток пациентов. Конечно, эта технология еще далека от совершенства, однако она быстро прогрессирует. Ученые убеждены, что в ближайшем будущем аддитивные технологии помогут устранить проблему дефицита донорских органов и позволят быстро лечить разные патологии. Представляем обзор наиболее перспективных проектов по биопечати, которые были успешно реализованы на сегодняшний день.
1. Напечатанное на 3D принтере сердце бьется самостоятельно
Команда исследователей из Бостонского университета разработала уменьшенную копию человеческого сердца. Для этого они использовали комбинацию стволовых клеток человека и миниатюрных деталей, напечатанных из акрила. Проект получил название miniPUMP и является уникальным в своем роде, так как это искусственное сердце бьется само по себе, благодаря своей живой ткани. Ученые хотят задействовать реплику сердечной камеры для исследования работы сердца человека. Например, чтобы понять, как сердце растет в эмбрионе, как появляются его заболевания или как на него действуют лекарства.
2. 3D печать придет на помощь людям с почечной недостаточностью
Американская компания Trestle Biotherapeutics работает над созданием печатаемой на 3D принтере ткани, которая может быть пересажена пациентам с почечной недостаточностью. По сути, это полностью функциональная искусственная почка, способная заменить вышедший из строя орган человека. Как и в случае с искусственным сердцем, при ее разработке аддитивные технологии сочетаются со стволовыми клетками. Разработчики проекта ставят себе цель избавить пациентов от регулярного диализа и со временем активно задействовать свое изобретение в трансплантологии.
3. Искусственная роговица позволит эффективно лечить глазные болезни
Ежегодно более чем у 1.5 миллиона человек возникают заболевания роговицы, которые могут привести в полной слепоте. Решением этой проблемы занялась команда ученых из Индии, использовав биопечать для создания искусственной роговицы. В качестве материала выбрали биочернила из живой ткани роговицы без добавления каких-либо искусственных компонентов. Исследователи утверждают, что таким образом им удалось создать три роговицы, которые были успешно испытаны на кроликах. Разработка индийских ученых в перспективе поможет эффективно лечить рубцевание роговицы и кератоконус.
4. Созданный с помощью биопечати яичник может стать панацеей для женского здоровья
В 2022 году команда китайских ученых разработала искусственный яичник при помощи технологий 3D печати. Материалами для него стали клетки яичников мыши и востребованный в биоинжиниринге биогель GelMA (Gelatin methacryloyl). Они обнаружили, что этот биогель оптимально подходит для биопечати. В итоге исследователям удалось создать искусственные клетки, подходящие для выращивания яичниковых фолликулов в лабораторных условиях. Ученые утверждают, что полученный результат может стать весьма перспективным методом лечения заболеваний эндокринных и репродуктивных органов женщин.
5. На разработку искусственной печени понадобилось всего 90 дней
Исследователи из университета Сан-Паулу в Бразилии успешно создали миниатюрную версию человеческой печени на основе клеток крови. Вся процедура заняла лишь 90 дней – от забора крови у пациента до выпуска искусственного органа. Созданная ими ткань обладает функциональностью настоящей печени человека. В том числе она способна производить жизненно необходимые витамины и осуществлять секрецию желчи. Для реализации своего проекта бразильские ученые использовали 3D биопринтер Inkredible, разработанный известным поставщиком оборудования для аддитивной индустрии – компанией CELLINK.
6. Напечатанное на 3D принтере ухо помогло вернуть слух
Ученые из США разработали искусственное ухо, которое было успешно пересажено молодой девушке, страдающей микротией (дефектом, при котором дети рождаются без одного или двух ушей). Имплант выпустила компания 3D BioTherapeutics, использовав для этого коллагеновый гидрогель и клетки из хрящевой ткани пациентки. Далее они смешали эти материалы с биочернилами и напечатали искусственное ухо из полученной смеси. Данный метод оказался заметно дешевле традиционного способа трансплантации, при котором ухо создают из реберного хряща. А еще такой искусственный орган гораздо больше похож на настоящее ухо, что является дополнительным преимуществом.
7. Созданная при помощи 3D печати поджелудочная железа дает шанс излечить диабет
В 2019 году команда исследователей из польской компании Polbioionica при поддержке Фонда Развития Науки представили инновационный проект по разработке искусственной поджелудочной железы с полноценной системой сосудов при помощи технологии биопечати. У компании получилось создать полностью функциональный орган из биочернил, островковых клеток поджелудочной железы и стволовых клеток. Исследователи надеются, что их разработка поможет эффективно лечить диабет путем пересадки пациентам искусственной поджелудочной железы.
8. Аддитивные технологии помогли изобрести искусственную кожу
Французская компания Poietis известна своими исследованиями в области создания искусственной кожи. Она представила Poieskin – модель искусственной кожи натуральной структуры и толщины, разработанную при помощи 3D биопечати. Для создания этой ткани она использовала фибробласты и клетки дермы, смешанные с коллагеном и покрытые напечатанным на 3D принтере эпидермисом. Ожидается, что инновационная разработка будет весьма эффективна при пересадке кожи – например, пациентам с тяжелыми ожогами или раком кожи. Разработчики утверждают, что эта ткань имеет такую же клеточную структуру и способность к регенерации, как у настоящей кожи.
9. Первая реконструкция носа при помощи 3D печати прошла успешно
Ученые из института исследования рака Тулузы и CERHUM успешно пересадили искусственный нос пациенту, который лишился собственного из-за рака носовой полости. Решить эту задачу им удалось в несколько этапов: сначала напечатанный на 3D принтере биоматериал был пересажен пациенту в области подмышки с целью васкуляризации. Далее понадобилось время, чтобы вырастить в искусственной ткани сеть кровеносных сосудов. Спустя два месяца подготовительные процессы были завершены и ученые успешно провели трансплантацию, подарив пациенту новый полноценный нос, выращенный из его собственных клеток.
