Новая технология преодолевает одно из ключевых ограничений, мешающих полноценной 3D-печати органов для пересадки: она позволяет создать орган достаточно быстро, чтобы клетки не погибли в процессе его изготовления. А ещё с её помощью можно создавать еду для пациентов, которым трудно питаться обычной пищей.
Новинка описана в научной статье, опубликованной в издании Journal of Medical Devices группой во главе с Борисом Рубинским (Boris Rubinsky) из Калифорнийского университета в Беркли.
Как сообщается в пресс-релизе исследования, каждый день в одних только Соединённых Штатах Америки около 20 человек умирает из-за нехватки донорских органов.
Откуда такие страшные цифры? Во-первых, не всякий орган можно пересадить конкретному пациенту. Необходима совместимость по иммунологическим, биохимическим и другим показателям. Во-вторых, например, сердце и лёгкие можно хранить во льду лишь четыре часа, потом они становятся негодными к трансплантации. Поэтому более 60% из них утилизируются, так и не успев спасти кому-нибудь жизнь.
Медики ведут бой с этой проблемой по всем фронтам. Они пытаются увеличить срок хранения изъятых органов, создают эффективные процедуры дезинфекции донорского материала, разрабатывают протезы органов, исследуют возможность пересадки органов от животных.
Ещё одним перспективным направлением исследований, призванных улучшить ситуацию, является 3D-печать органов из живых клеток. Для этого можно использовать собственные клетки пациента, которые не вызовут у него иммунного отторжения. Кроме того, орган может быть напечатан "по требованию", что минимизирует необходимый срок его хранения.
Однако на пути таких технологий есть серьёзное препятствие. Живые клетки – необычайно капризный материал. Для своего благоденствия они нуждаются в комфортных условиях. Медикам трудно напечатать большой орган, поскольку многие клетки успевают погибнуть, прежде чем принтер слой за слоем сформирует ткань.
"В настоящее время биопринтинг используется в основном для создания небольшого объёма ткани. Проблема с трёхмерным биопринтингом заключается в том, что это очень медленный процесс, поэтому вы не сможете напечатать что-нибудь большое: биологические материалы со временем будут портиться", – объясняет Рубинский.
Технология, предложенная авторами, решает эту проблему. Речь идёт об одновременном использовании нескольких 3D-принтеров, каждый из которых печатает тонкий слой живой ткани. Понятно, что в этом случае процесс построения органа идёт гораздо быстрее. Как только очередной "лист" оказывается готов, роботизированная рука наносит его на будущий орган.
Подобный метод не нов для 3D-печати, однако он никогда ещё не использовался для создания живых тканей.
Дело в том, что печать живыми клетками кардинально отличается от печати пластмассой, металлом и так далее. Все материалы, обычно используемые как "чернила" для 3D-принтеров, достаточно прочны. Тонкий слой такого материала можно держать за края, как лист бумаги, и он не разорвётся. Иное дело – хрупкий слой из клеток, разделённых тканевой жидкостью. Команде пришлось разработать специальные поверхности, на которых печатается и транспортируется каждый "лист" биологической ткани.
Для этого, как только очередной слой клеток оказывается нанесён на "заготовку", он замораживается. Поясним, почему это не вредит будущему органу.
"Одним из наших нововведений является заморозка материала во время его печати, позволяющая сохранить биологический материал. Мы можем контролировать скорость замерзания", – говорит Рубинский.
Тщательный контроль процесса замораживания позволяет "держать в узде" размер кристалликов льда. Чтобы не повреждать живую ткань слишком сильно, их нужно сохранять маленькими. При этом заморозка органов даёт дополнительные преимущества при их транспортировке, увеличивая шансы довести их до пациента в "исправном" состоянии.
Добавим, что у новой технологии есть и другие потенциальные варианты применения. Например, с помощью новой 3D-печати можно изготавливать инновационные продукты питания.
Многие пациенты, особенно в пожилом возрасте, испытывают проблемы с глотанием. Поэтому их часто кормят пищей с консистенцией кашицы. Не удивительно, что от этого у них пропадает аппетит, что, разумеется, ничуть не полезно для здоровья.
По мысли авторов, новый метод позволит производить специальные продукты, которые будут иметь нормальную консистенцию вплоть до употребления, но в буквальном смысле таять во рту. Такую еду будет приятно съесть, при этом она не вызовет проблем при глотании.
"Наша технология позволяет делать это с любой едой", – отмечает Рубинский.
Наконец, новый метод позволит создавать замороженные продукты, по своим свойствам максимально напоминающие свежие. Речь идёт о создании промышленной продукции, в которой размеры кристалликов льда контролируются в каждом слое толщиной в одну клетку.
"Это важно, потому что размер и однородность кристаллов льда являются центральным элементом качества замороженных продуктов", – говорит Рубинский.
Правда, возможная себестоимость такой пищи пока не разглашается.
В настоящее время технология проходит испытания и доработку. Речь о пересадке напечатанных органов пока не идёт.
К слову, ранее Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о напечатанных на 3D-принтере кровеносных сосудах и яичниках, а также об успешной пересадке биоинженерного лёгкого.
