Сегодня продолжается усовершенствование технологий биопечати и эксперименты по производству всевозможных тканей и органов. Одно из направлений предполагает создание искусственной кожи, которая может быть использована для пациентов с обширными ожогами.
Сотрудники Колумбийского университета в США разработали проект печати трехмерной «перчатки» из искусственной кожи, которую можно надевать сразу на поврежденные участки. Этот метод позволяет решить распространенную хирургическую проблему при пересадке кожи, когда трансплантат приходится сшивать из небольших лоскутов неправильной формы непосредственно вокруг части тела. Обычно подобные манипуляции отнимают много времени и требуют ювелирной работы медиков.
В Университете Карнеги — Меллона ученые научились создавать сложные биологические структуры — кровеносные сосуды. Производство такого вида образований на принтере сопряжено с целым рядом проблем. Например, часто используемые для печати коллаген, фибрин и другие материалы оседают под собственным весом. Решить этот вопрос удалось с помощью особого состава на основе микрочастиц желатина. В итоге конечные ткани обладают небольшим механическим сопротивлением, что позволяет оставаться им достаточно плотными, но при этом биосовместимыми. Впоследствии напечатанные элементы могут использоваться для создания более сложных структур, таких как органы, в том числе и сердце.
Кстати, к печати живого человеческого сердца, которое подойдет для полноценной замены донорских органов и будет обладать тем же функционалом, стремятся многие исследовательские команды в мире. Основное продвижение в этой сфере ограничивается появлением частей сердца или печатью моделей-органоидов для научных экспериментов и тестирования новых методик и препаратов.
В Институте Висса, который входит в состав Гарвардского университета, напечатали на 3D-принтере длинные сердечные макрофиламенты. Для этого специалисты создали основу ткани в виде 1050 лунок, каждая из которых имеет два микроскопических столбика. Лунки загрузили молодыми стволовыми клетками, которые в процессе развития принимали определенные формы. Напечатанные нити можно применять для борьбы со шрамами, возникшими в результате сердечных приступов или других повреждений сердца.
В декабре 2019 года стало известно о первой биопечати трахеи сотрудниками Института регенеративной медицины Уэйк Форест (WFIRM). Готовый конструкт органа состоял из различных образцов гладкой мускулатуры и хряща, демонстрирующий сходные механические свойства с тканью трахеи человека.
Междисциплинарная команда из организации Fripp Design and Research смогла создать нос для трансплантации пациентке, которой удалили этот орган в 2002 году из-за рака. Для трехмерной модели потребовалась только фотография, которая заменила инвазивную процедуру снятия оттиска с помощью гипса. Множественные снимки были сделаны на 3D-камеры, расположенных под разными углами, чтобы получить изображение лица на 180 градусов. Затем данные загрузили в компьютерную программу, которая завершила процесс создания модели, которая полностью соответствовала контурам, текстуре и тону кожи пациентки. После печати на биопринтере нос успешно имплантировали.
В 2021 году 40-летнему мужчине из Лондона имплантировали глазной протез, напечатанный на 3D-принтере. Пациент более 20 лет был вынужден пользоваться протезами, которые, однако, были не очень похожи на настоящий глаз. По словам мужчины, новый глаз придал ему уверенности.
Современные технологии также позволяют печатать ткани (кости, кожу и кровеносные сосуды) непосредственно внутри организма. Обычно большинство этих тканей создаются вне тела и имплантируются хирургическим путем, что формирует дополнительный риск заражения и увеличивает время восстановления для пациента.
Инновационные методы включают в себя введение лапароскопическим путем напечатанных структур для улучшения функции яичников или создание биофункциональных сеток для лечения грыжи. Такие варианты гораздо безопаснее для пациента, экономят время и финансы. Кроме того, это помогает сформировать индивидуальный подход к каждому больному.
В январе 2023 года группа ученых из UNSW Sydney представила робота-руку для 3D-печати биоматериала непосредственно на органах внутри тела. Устройство под названием F3DB представляет собой небольшую роботизированную руку с 3D-принтером, которую можно помещать в тело как эндоскоп и напрямую доставлять материалы для биопечати. В итоге медики имеют возможность минимально инвазивно наращивать ткани на поврежденных органах, например, на стенках желудка или толстой кишки. Технологию уже протестировали на поверхности почки свиньи. Предполагается, что при дальнейшем развитии примерно в течение пяти-семи лет технология может быть доступна медикам для широкого пользования.
По словам научного руководителя лаборатории 3D Bioprinting Solutions Владимира Миронова, в последние годы растет интерес молодежи к технологии 3D-биопечати. Соответствующие курсы появляются в Голландии, Германии, Австралии и России, пишутся кандидатские и докторские работы. Он считает, что как только будут созданы все условия для биопечати (подготовленные специалисты, качественные биопринтеры, хорошие биочернила и тканевые сфероиды), будут все шансы для появления полноценных печатных сложных органов типа сердца.
В Сингапуре, Америке и Германии сейчас создаются специальные центры, даже институты по биопечати. У нас пока такого специализированного института биопечати нет, но я думаю, что рано или поздно он будет создан, будут российские специалисты, будут российские биопринтеры, российские биочернила. Есть шанс, что мы напечатаем человеческий орган первыми в мире, поскольку нечеловеческий орган мы уже напечатали
Владимир Миронов научный руководитель лаборатории 3D Bioprinting Solutions
Среди отличительных возможностей 3D-биопечати — использование трансплантологии там, где ранее она считалась неосуществимой. Так, обычно при лечении онкологических заболеваний медики не могут пересаживать донорские органы, потому что перед трансплантацией в организме пациента намеренно подавляется иммунитет, иначе собственные клетки будут отторгать чужеродный орган. При раке подавление иммунитета провоцирует развитие опухоли. При печати органов из собственных клеток пациента подобные нежелательные эффекты исключаются.
Причем биопринтинг не ограничивается только сферой регенеративной медицины и трансплантологии: напечатанные органы позволяют проводить более точные и качественные исследованиях на полных прототипах человеческих органов, а не на животных. Таким образом, технология может стать востребованной в индустриальном производстве мяса, кожи и меха, а также в косметической индустрии — для испытаний потребительских товаров, что также более этично и экологично.
Немаловажными остаются и проблемы правовой и этической основы. Поскольку технология требует высоких интеллектуальных, финансовых и материальных затрат, она может быть доступна лишь ограниченному кругу людей. В результате это приводит к расслоению пациентов, сохраняя большое количество нуждающихся в очередях на донорские органы. При этом многие эксперты прогнозируют рост быстрых и дешевых прототипов благодаря 3D-печати.
Существуют также и функциональные препятствия, которые ученым предстоит преодолеть. Например, для биопринтинга из организма человека берут клетки, которые затем делятся для последующего создания основы. Однако у клеток есть предел деления, после которого они уже непригодны для использования. Поэтому модели сердца пока удавалось напечатать не в натуральную величину.
Необходимо решить и задачи оптимизации конструкции печатных машин и создания более идеальных биоматериалов, программного обеспечения, а также увеличить разрешающую способность и скорость принтеров.
>>>БАЗЫ ДАННЫХ(EMAIL, ТЕЛЕФОНЫ). БЕСПЛАТНО.<<<
Добавить комментарий