С помощью 3D-печати уже можно изготавливать не только технологические детали, но и, например, элементы протезов, необходимые для использования в ортопедии или стоматологии. Так, в начале 2012 года 83-летней женщине из Голландии вместо челюсти, разрушенной раком, имплантировали титановую челюсть, отпечатанную целиком на 3D-принтере. Еще «Газета.Ru» рассказывала об американской девочке Эмме, элементы экзоскелета для которой были напечатаны с помощью принтера. Этим летом появилась статья, в которой исследователи предложили методику печати печени, позволяющей нарастить клетки на каркас из сахарных трубочек.
Еще один шаг к созданию полноценных органов с помощью 3D-печати сделали шотландские ученые.
Они разработали универсальную методику 3D-печати тканей с помощью стволовых клеток, которые затем можно перепрограммировать в любые необходимые клетки органов и тканей.
Их работа, опубликованная в журнале Biofabrication, позволяет надеяться, что полноценная печать органов и других биологических структур вскоре станет возможной.
3D-биопринтер – биологическая вариация технологии reprap, устройство, способное создавать органы и ткани, послойно нанося клетки друг на друга. Первый серийный биопринтер был создан в декабре 2009 года американской компанией Organovo и австралийской компанией Invetech. В отличие от классического способа выращивания органов, биопечать не требует каркаса, на который «усаживаются» клетки, что является неоспоримым плюсом, так как каркас может стать инициатором воспаления созданного органа или ткани.
Биопринтер использует два типа «чернил» — клетки различных типов и вспомогательные материалы (коллаген, факторы роста, поддерживающий гидрогель), призванные укрепить создаваемую конструкцию до тех пор, пока между клетками не образуются естественные связи.
Раньше для биопечати необходимо было сначала вырастить культуры клеток, из которых будет создан орган. Клеточную культуру нарезали на мелкие шарики – сфероиды. Сфероиды из нескольких отдельно выращенных культур искусственно «сажались» рядом. Преимущество нового метода состоит в том, что для «печати» используются эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), способные развиться в любую ткань.
Один из авторов исследования, доктор Вилл Венмиао Шу из университета Heriot-Watt, говорит: «Насколько нам известно, это первый случай печати человеческих эмбриональных стволовых клеток. Поколение 3D-структур из ЭСК позволит нам создавать более точные модели человеческих тканей, что имеет важное значение при разработке лекарственных препаратов in vitro и исследовании их токсичности. Так как большинство лекарств ориентированы на человека, имеет смысл использовать ткани человека».
В дальнейшем этот новый метод биопечати может быть использован для создания искусственных органов и тканей, готовых к трансплантации пациентам с различными заболеваниями.
В ходе исследования ученые из университета Heriot-Watt в сотрудничестве с компанией Roslin Cellab использовали клапанную технику печати, адаптированную для деликатной работы со стволовыми клетками. ЭСК были загружены в два отдельных резервуара и затем наносились на пластину согласно заранее подготовленной схеме. После печати ЭСК был проведен ряд испытаний для того, чтобы понять, насколько эффективным является новый метод. Например, исследователи проверили, остались ли ЭСК живы после печати и сохранили ли они способность к дифференцировке в различные типы клеток. Они также определили концентрацию, поврежденность и другие характеристики «напечатанных» клеток для оценки точности клапанного метода.
«При использовании клапанного метода печать стволовых клеток регулируется пневматическим давлением и контролируется открытием и закрытием микроклапана. Количеством используемых клеток можно точно управлять, изменяя диаметр сопла, давление воздуха на входе или время открытия клапана», — сообщает доктор Шу.
«Мы обнаружили, что клапанный способ печати является достаточно мягким для поддержания высокой жизнеспособности стволовых клеток и достаточно точным для производства сфероидов одинакового размера. И самое главное, напечатанные ЭСК сохраняют способность к плюрипотентности – способности дифференцироваться в любые другие типы клеток», — отметил он.
В области регенеративной медицины ЭСК уделяется большое внимание. Их получают от эмбрионов на ранних этапах развития для производства «линий стволовых клеток», способных постоянно расти и дифференцироваться в любой тип человеческих клеток. Джейсон Кинг, менеджер по развитию бизнеса из Roslin Cellab, комментирует: «Эта научная разработка, как мы надеемся и верим, будет иметь важные последствия для надежного тестирования лекарств без использования животных и, в долгосрочной перспективе, для создания органов и трансплантации «по требованию», без необходимости донорства и без проблем, связанных с подавлением иммунитета и возможным отторжением».