В Ливерморской национальной лаборатории в США (LLNL) проводятся чрезвычайно важные исследования, включая, в том числе, 3D-печать из графена и метаматериалов с уникальными свойствами и геометрической структурой.
Последние разработки лаборатории связаны с биопечатью – в LLNL удалось напечатать на 3D-принтере конструкции, которые самостоятельно превращаются в кровеносные сосуды.
«Это изменит понимание биологии, – говорит Моника Мойя, ведущий исследователь проекта в LLNL. – Эта технология позволить биологам перейти от традиционных чашек Петри к напечатанным на 3D-принтере физиологически точным образцам ткани с функциональной сосудистой системой».
Для создания необходимых конструкций исследователи LLNL сначала напечатали на 3D-принтере трубки из первичных клеток человека и биоматериалов, по которым доставляются питательные вещества окружающим тканям, также изготовленным с помощью 3D-печати. Таким образом, становится возможным соединить капилляры с напечатанными на 3D-принтере трубками для обеспечения доставки питательных веществ, как это происходит в органических тканях.
Исследователи опубликовали удивительно простой видеоролик, в котором процесс показан так, что его действительно легко понять. Сначала биоматериал размещается на печатной поверхности, а затем при подаче крови начинается формирование капилляров. Поскольку в процессе используется полностью органический материал, а 3D-печать осуществляется из живых клеток, достаточно высока вероятность того, что они будут проявлять характерные свойства.
«Если рассматривать этот подход, как разработки совместно с природой, можно сказать, что мы используем биологические процессы для 3D-печати тканей с более высоким разрешением, – объясняет Мойя. – Мы применяем способность тела осуществлять направленный рост, а в результате получаем физиологически более точные ткани. Мы можем поместить клетки в среду, которая обуславливает формирование кровеносных сосудов. За счет этой технологии мы контролируем и направляем биологические процессы».
3D-печать кровеносных сосудов – это одно из ключевых направлений исследований в области биопечати, поскольку кровеносные сосуды и артерии необходимы для доставки кислорода и питательных веществ в другие напечатанные на 3D-принтере ткани, что дает им возможность создавать более сложные клетки. До сих пор ученые использовали биопечать для простых, в основном, гомогенных, клеток, однако с внедрением систем кровеносных сосудов они смогут изготавливать более сложные ткани из нескольких типов клеток – а затем и целые органы.
Тем не менее, цель ученых из LLNL – изготовить в лаборатории исследовательскую платформу человеческого организма на основе чипов, или iCHIP, которая будет копией человеческого тела в уменьшенном масштабе. В систему будет входить миниатюрная центральная и периферическая нервная система, гемато-энцефалический барьер и сердце.
Инженер из лаборатории Элизабет Уилер, ведущий исследователь проекта iCHIP, объясняет значение текущих исследований: «Биопечать добавляет еще одно измерение тканям, построенным на основе чипов. Имея возможность управлять структурной средой, а также системой сосудов для обеспечения растущей ткани, мы действительно можем скопировать сложное устройство человеческого организма».
Мойя и Уилер также рассказали о том, что пока систему iCHIP можно сравнить с «мозгом, построенным на чипе», поскольку на текущей стадии исследователи работают, в основном, над клетками нервной системы. Ученые говорят, что iCHIP «можно использовать для разработки новых видов лечения без экспериментов над людьми».
Кроме того, Мойя сообщает, что ученым уже удалось напечатать кровеносные сосуды в неорганизованной системе, однако исследователи продолжают работать над воссозданием иерархии, существующей в организме человека. Для этого в LLNL создали новую лабораторию 3D-биопечати, оборудованную устройствами, позволяющими производить более крупные объекты с более высоким разрешением. Однако, по словам ученых, доступные на сегодняшний день ткани уже можно использовать в медицинских исследованиях.
«Хотя в ближайшем будущем биопечать органов для пересадки вряд ли станет доступна, созданные нами участки тканей могут использоваться в токсикологических исследованиях, испытаниях новых видов лечения и экспериментах для фундаментальных научных работ», – комментирует Мойя.
