Владимир Миронов, российский ученый, работающий сейчас в Медицинском университете штата Южная Королина США,
разработал технологию изготовление запасных частей для человека типографским способом.
Оказывается, трехмерные структуры из живой ткани можно печатать на модифицированных настольных принтерах, заправляя их вместо тонера клеточным раствором.
«Я бы сравнил это открытие с изобретением в 15 веке Гуттенбергом печатного станка», - говорит ученый. В наше время многие лаборатории печатают матрицы ДНК, белки и даже клетки, но на плоскости (2D). Однако, чтобы конструировать ткани, надо уметь создавать трехмерные конструкции, что технически очень не просто. И вот Томас Боланд из Клемсонского университета предложил Миронову попробовать и посмотреть, можно ли печатать объемные биоматериалы на струйном принтере. Ученые переделали картридж, залили в них вместо чернил некую клеточную суспензию. Затем изменили программу,
которая управляет вязкостью и температурой печатающей жидкости, и приспособили систему подачи под новую задачу. Чтобы создать трехмерные структуры, Боланд и Миронов использовали «термообратимый» гель, который не так давно изобрела Анна Гутовская из Северо-западной Тихоокеанской национальной лаборатории (Pacific Northwest National
Laboratory). Он твердеет если температура выше 32.°С и превращается в жидкость
при температуре 20°С. Ученые провели несколько экспериментов с легкодоступными тканями. Нанося поочередно слои геля и клеток на стеклянные слайды, они продемонстрировали, что таким образом можно выстраивать сложные трехмерные структуры, например трубки. Давно известно, что сложенные вместе сегменты живых тканей могут срастись. Ученые обнаружили, что если слои были бы достаточно тонкими и клеточные скопления касались бы друг друга, то через некоторое время ткани срослись, получив структуру, гель удаляли.
Исследователи полагают, что чернильные картриджи можно заправить различными типами клеток и воссоздавать весьма сложные клеточные структуры – вплоть до полноценных органов. «Чрезвычайно интересная технология, - говорит Энтони Атала специалист по конструированию тканей из Гарвардской медицинской школы в Бостоне. С ее помощью мы можем преодолеть трудности, которые до сих пор мешали выращивать живые ткани».
Ведь большинство специалистов, которые ищут способы производства запасных частей для человека, сначала изготавливают разлагаемый каркас органа, а затем высеивают на него клетки. Подобная технология.в принципе, позволяет создавать сложные формы, например. Знаменитое человеческое ухо на спине у мыши. В то же время разместить различные типы клеток в нужном месте очень трудно. Типографический метод гораздо точнее. Правда,
прежде чем создавать целые органы, необходимо преодолеть массу других проблем. Например,
обеспечить подачу достаточного количества питания и кислорода клеткам, находящимся внутри структуры. «Проблема воссоздания сетей для циркуляции в сложных органах была всегда невыполнимой задачей при конструировании тканей», - говорит Атала.
Миронов и Боланд рассчитывают печатать целые системы артерий, вен и капилляров, которые питают органы. Однако чтобы сохранить клетки живыми, органы должны быть созданы за пару часов, а среда для выращивания должна циркулировать по хрупким новым сосудам. Крупная структура может оказаться не достаточно прочной и разрушиться, если гель удалить слишком быстро. Хотя ученые уже экспериментируют с различными видами присадок типа кожного белка коллагена, которые должны ускорить процесс сращивания и укрепить структуру.
Сангита Бхатия, специалист по выращиванию тканей из Университета штата Калифорния в Сан-Диего, вместе с Валери Лю тоже пробуют печатать органы. Но изготавливают их слоями. Словно бы накладывают друг на друга отдельные ксерокопированные листки. Для начала замешивают порцию клеток одного вида с жидким полимером, который называется диакрилат политэтиленгликоля. Затем этот насыщенный клетками раствор выливают на тефлоновый лоток, где он образует тонкую пленку.
Потом пленку накрывают стеклом, а сверху кладут не прозрачный шаблон. На стекло подают ультрафиолетовый свет, который проникает только в некоторые участки, а остальные остаются закрытыми. Жидкий полимер содержит присадку, которая под действием ультрафиолета связывает молекулы воедино. Открытые участки полимера густеют и в итоге становятся на ощупь как мягкий эластичный пластик. А затененные зоны остаются жидкими. Их смывают. Используя различные шаблоны и добавляя сверху различные слои, Бхатия и Лю создают сложные трехмерные построения, содержащие четко разграниченные зоны их различных клеток. Например, так можно поверх костных клеток сформировать хрящевые слои. Бхатия уже продемонстрировала, как выживают клетки печени, если их смешать с полимером и подвергнуть ультрафиолетовому воздействию. Правда, другие органы могут не оказаться столь живучими. «Устойчивость к фото полимеризации у разных клеток будет разной», - объясняет она.
