Биопечать in situ
3D принтеры широко используются в медицине для изготовления искусственных суставов, протезов, фрагментов кости, кожных лоскутов и кровеносных сосудов. Большинство этих тканей создаются вне тела и затем имплантируются в организм. Такая процедура может сопровождаться крупными хирургическими разрезами, повышенным риском инфицирования и увеличением времени выздоровления пациента. Дополнительные осложнения могут быть связаны с наличием промежутка времени между созданием ткани и ее имплантацией пациенту. Чтобы предотвратить их, группа ученых разработала технологию печати тканей непосредственно в теле.
Для производства искусственной ткани необходимы два основных компонента:
1) жидкие биочернила, состоящие из каркасного материала и живых клеток;
2) факторы роста, помогающие клеткам расти и развиваться в регенерируемую ткань.
При создании тканей для прямой имплантации в организм следует учитывать различные факторы: печать выполняется при температуре тела (37°C), ткань нужно прочно зафиксировать на мягкой поверхности живого органа, манипуляция должна быть безопасной для пациента. Одним из наиболее опасных этапов в современных способах создания искусственной ткани является применение вредного ультрафиолетового света, необходимого для затвердевания сконструированной ткани.
Известный биоинженер Али Хадемхосейни, возглавляющий Институт Терасаки, и инженеры Дэвид Хоелзле из факультета машиностроения и аэрокосмической техники государственного университета Огайо и Амир Шейхи из факультета химического машиностроения Университета Пенсильвании создали биочернила, предназначенные для печати непосредственно в теле живого организма.
Состав биочернил позволяет осуществлять трехмерную печать при нормальной для человека температуре, имплант может быть безопасно зафиксирован с помощью видимого света. Для создания ткани авторы использовали роботизированную 3D-печать, при которой биочернила распределяются через сопло, словно паста, которая выдавливается из стержня ручки, только с высокой точностью и программируемым способом.
Фото созданной трехмерным принтером ткани, которая печатается непосредствено на мягкую теплую поверхность живого органа.
Группа также работала над методами прикрепления фрагментов ткани, созданной биочернилами, к мягкой поверхности органов. В экспериментах, исследователи помещали искусственную ткань на фрагменты сырой куриной грудки и агарозу с помощью уникальной техники фиксации. Наконечник принтера был изменен таким образом, чтобы он мог проникать внутрь мягкой ткани и заполнять место прокола биочернилами по мере удаления, создавая так называемый якорь для установки искусственной ткани. Когда наконечник достигает поверхности, он выдает дополнительную порцию биочернил, чтобы «зафиксировать» якорь. Такой механизм блокировки обеспечивает более прочное прикрепление каркасов к мягким тканям внутри тела пациента.
Новая техника биопечати может применяться с более низким риском при минимально инвазивных лапароскопических операциях для восстановления дефектов ткани или органа, установки биоинженерных имплантов для улучшения функции яичника или создания биофункциональных сеток для лечения грыжи. Такая процедура будет более безопасна для пациента, сэкономит время и снизит стоимость лечения и реабилитации.
Статья A.A.Adib et al. Direct-write 3D printing and characterization of a GelMA-based biomaterial for intracorporeal tissue engineering опубликована в журнале Biofabrication.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Terasaki Institute: Directly Printing 3D Tissues Within the Body.