Гастроскоп с биопринтером

Биопринтер-эндоскоп напечатал живыми клетками на стенке модели желудка

Григорий Копиев, N+1

Китайские ученые создали прототип биопринтера, который может лечить дефекты стенки желудка, печатая на ней изнутри «заплатки» гидрогелями, содержащими клетки соответствующих тканей. Он доставляется внутрь желудка по пищеводу подобно эндоскопу, а затем раскрывает сложенные части и начинает наносить слои гидрогелей. Авторы разработки показали работу биопринтера на модели желудка, напечатав на ее внутренней поверхности слои из клеток эпителия и гладкой мускулатуры. Статья опубликована в журнале Biofabrication.

Полимерная модель человеческого желудка и биопринтер. Здесь и далее рисунки из статьи в Biofabrication.

Биопринтеры – это устройства, которые могут создавать объемные конструкции из материалов, содержащих в себе живые клетки человека или других животных, чтобы впоследствии они превратились в полноценные фрагменты ткани. Пока до печати полноценных органов – своей конечной цели – эта технология, однако, далека. Одна из проблем, которая мешает созданию искусственных органов или их фрагментов, заключается в том, что для лечения дефектов внутренних органов необходимо проводить инвазивные операции.

Недавно группа ученых из Бельгии, Китая и США нашла оригинальное решение этой проблемы. Они разработали метод, позволяющий вводить жидкую заготовку под кожу, а затем отверждать ее с помощью инфракрасного излучения. Метод предварительно показал неплохие результаты, но его можно использовать только на тканях, расположенных неглубоко под кожей.

Вэньсян Чжао (Wenxiang Zhao) и Тао Сюй (Tao Xu) из Университета Цинхуа создали 3D-биопринтер, который можно использовать даже в желудочно-кишечном тракте без хирургических надрезов тканей. По принципу работы он похож на эндоскоп, но с гораздо более широкой трубкой диаметром три сантиметра. Это больше, чем у применяемых сегодня эндоскопов, но диаметр ограничен только на конце, где располагается сам принтер, а в остальных частях, где расположены только несколько кабелей и трубка, его можно сделать намного меньше.

Схема печати.

Принтер на конце трубки имеет конструкцию дельта-робота: он состоит из трех соединенных на конце частей, между которыми расположена трубка для подачи гидрогеля. Принцип работы дельта-робота заключается в том, что каждая из трех секций управляется одним простым мотором в основании, но вместе они могут двигать конец в произвольном направлении. В принтере на конце дельта-механизма установлено сопло для печати. Во время печати секции механизма частично выходят за диаметр трубки, но на время ввода аппарата в пищевод они могут складываться.

Биопринтер во время работы.

Гидрогель для печати состоит из водного раствора желатина и альгината натрия, а также добавляемых в него клеток нужного типа. Авторы создали два типа «чернил» для печати: с клетками желудочного эпителия или с клетками желудочной гладкой мускулатуры в концентрации 1,5×10^–6 клетки на миллилитр.

Исследователи испытали принтер на модели человеческого желудка из полимера, созданного на основе КТ-снимков желудка. Принтер печатал решетчатую структуру из двух слоев, повторяющих расположение тканей в желудке. Нижний слой напечатали гелем с мышечными клетками, а верхний клетками эпителия. После этого принтер подавал через сопло хлорид кальция, действующий как связывающий агент.

После печати исследователи проверили выживаемость клеток сразу после нанесения, а также через три, семь и десять дней. Они использовали для этого два вещества, одно из которых поглощают живые клетки и формируют вещество с зеленой флуоресценцией, а второе проникает через мембраны мертвых клеток, связывается с их ДНК и флуоресцирует красным цветом.

Анализ напечатанных тканей показал, что в первые дни выживаемость составила около 94 процентов, и лишь после десяти дней немного снизилась, при этом все равно оставшись на уровне выше 90 процентов. Кроме того, клетки активно делились, пролиферировали и меняли свою морфологию. Таким образом, при испытании на модели желудка метод оказался успешным. В дальнейшем ученые будут пытаться повторить результаты в реальных условиях.

Печать живыми клетками проводится не только на Земле, но и в космосе. Недавно российские ученые подвели итоги эксперимента по печати тканевых конструктов на МКС, который был проведен в конце 2018 года. Результаты показали, что в условиях невесомости можно создавать конструкты с соединенными клетками и высоким уровнем выживаемости.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru