Открит е метод, позволяващ създаването на сърце в реални размери с 3D биопринтер

Екип от изследователи от Университета Карнеги-Мелон (Carnegie Mellon University) в САЩ, публикуваха статия в списание Science, в която подробно се описва нова методика, позволяваща създаването на биопринтер 3D сърдечен скелет от колаген, който се явява основния структурен протеин в човешкия организъм. По този начин се открива възможност за 3D –печат на сърце в реален мащаб на възрастен човек, пише в прес-релийза на университета.

Технологията е известна като вграждане на суспендирани хидрогелове в свободна форма (FRESH), позволяваща на изследователите да преодолеят много проблеми, свързани със съществуващите методи на тримерния биопечат. Чрез нея се постига безпрецедентна разделителна способност и точност с използването на меки и живи тъкани.

Всеки орган на човешкото тяло, например сърцето, се състои от специализирани клетки, които държат биологическия скелет, наречен извънклетъчна матрица (ECM). Тази мрежа от протеини ЕСМ осигурява структурата и биохимическите сигнали, необходими на клетките за нормалното им функциониране. Но досега не беше възможно да се изгради тази сложна структура с използването на традиционните методи за биопроизводството.

„Ние показахме, че може да се печата човешко сърце от клетки и колаген, и те да бъдат имплантирани във функциониращи части, например в сърдечните клапи” – разказва водещият автор на научното изследване Адам Файнберг, професор по биомедицинско инженерство в Карнеги-Мелон. „Използвайки данни от магнитно-резонансна томография (МРТ) на човешко сърце, успяхме точно да възпроизведем анатомичната структура, специфична за пациента, а освен това да създадем 3D-скелет на сърдечния мускул от колаген и клетки ” – добавя той.

Милиони хора в целия свят чакат своя ред за присаждане на сърце. По думите на специалистите, на сегашния момент необходимостта от замяна на органи е огромна. Необходими са нови подходи за създаването на изкуствени органи, способни да възстановяват, допълват или да заменят тяхната дългосрочна функционалност. Екипът на Файнберг работи над решаването на тези проблеми, използвайки ново поколение биоинженерни части на тялото, които по-точно възпроизвеждат естествените структури на органите.

Колагенът е главният биоматериал за 3D-печат, тъй като от него се състои буквално всяка тъкан в нашето тяло” – обяснява Андрю Хъдсън, член на екипа на проф. Файнберг. По неговите думи, основната трудност за 3D-печатането се състои в това, че първоначално веществото се намира в течно състояние. „По тази причина, ако вие се опитате да печатате, то просто ще се превърне в локва. Сега ние разработихме техника, която предотвратява такива деформации” – разказва той.

Методът за тримерен печат FRESH, разработен в лабораторията на Файнбърг, позволява нанасянето на колагенните слоеве един след друг с помощта на специален гел. Това дава възможност на протеина да се втвърди преди отстраняването на гела. С FRESH поддържащият гел може лесно да се разтопи, нагрявайки го от стайна температура до температурата на тялото след завършването на печата. По този начин, изследователите могат да отстранят поддържащия гел без да се повреди напечатаната структура , създадена от колаген и клетки.

Този метод действително е интересен за 3D – биопечатане, защото позволява създаването на колагенови скелети с  мащаба на човешките органи. Освен това, методът не се ограничава с използването само на този протеин.  Широк спектър от други меки материали, включително фибрин, алгинат и хиалуронова киселина могат да се използват за биопринтиране с използването на технологията FRESH, обезпечавайки надеждна и адаптивна  платформа за инженеринг на тъкани.  Важно е да се отбележи, че учените са разработили проект с открит начален код, така че почти всички желаещи, от медицинските лаборатории до университетите, да могат да създават и да имат достъп до нескъпи, високопроизводителни 3D-биопринтери.

В бъдещето FRESH може да бъде използвана в много направления на регенеративната медицина, от заживяването на рани до биоинженерството на органи, и това е само една част от бурно развиващите биотехнологии.

„Наистина това, за което говорим, е сближаването на технологиите“, каза Фейнберг. „Важно е да се използват съвместните усилия както на моята лаборатория и това, което тя прави в биопринтирането, така и на много други лаборатории и малки компании в областта на стволови клетки, машинно обучение и компютърна симулация, както и на нов хардуер и софтуер за 3D печат.“

„Важно е да се разбере, че предстоят още много години изследвания, Но ние стигнахме до реален прогрес в разработването на тъкани и човешки органи, и новата ни работа е още една крачка в тази посока” –резюмира Файнберг.