HighTech Исследователи считают, что недавнее изобретение - 3D-принтеры, однажды смогут помочь в создании новых органов для людей.
Исследователи создали способ 3D-печати, благодаря которому принтеры смогут воссоздавать различные анатомические структуры: сердце, мозг, артерии и даже кости. В будущем технология может развиться до
3D-имплантатов, которые смогут сращиваться с живыми тканями человека. Еще одно возможное применение этой инновационной разработки - печатание еды, чем-то напоминающее показанные еще в “Звездном пути” репликаторы.
3D-принтер - это устройство, способное создавать предметы из широкого спектра материалов: пластика, керамики, стекла, металла и даже таких необычных ингредиентов как живые клетки. Принцип его работы практически схож с обычным принтером и заключается в последовательном наложении слоев материала. Однако отличие 3D-печати в том, что с ее помощью можно накладывать слои поверх уже существующих, а это значит, что с его помощью можно воссоздавать 3D-объекты.
3D-принтеры обычно используют для печати жесткие материалы, чтобы каждый новый слой имел под собой крепкую опору в виде предыдущих. Однако с печатью мягкими материалами все несколько сложнее - использовать их для печати значит пытаться построить дом из желатина.
“Металлы, керамика и жесткие полимеры используются в 3D-печати уже много лет, но что касается мягких материалов, они могут деформироваться под тяжестью собственного веса, что создает необходимость как-то поддерживать их форму в процессе печати”,- рассказал Адам Фейнберг - инженер-биомедик Университета Карнеги-Меллон и главный автор исследования.
Исследователи уже использовали 3D-печать в медицине для создания индивидуальных медицинских изделий из жестких материалов: таким образом создаются слуховые и зубные протезы, а также протезы конечностей. Кроме того, использование 3D-принтеров для создания имплантатов из мягких материалов может заменить нынешние способы пересадки или восстановления поврежденных органов.
Вот что по этому Фейнберг рассказал порталу Live Science:”Мы рассматриваем возможность применения 3D-печати в области тканевой инженерии, что, конечно же, подразумевает возможность восстановления органов”.
Исследователи применяют для 3D-печати мягкие материалы, предварительно обработанные поддерживающей жидкостью, состоящей из желатинового порошка, который можно купить в любом магазине.
“Таким образом мы можем необходимым образом накладывать материал прямо во время печати, слой за слоем”,- рассказал Фейнберг.
Вместе с данными диагностической визуализации исследователи применили и еще одну свою новую разработку под названием FRESH (Freeform Reversible Embedding of Suspended Materials), чтобы напечатать простейшие анатомические структуры. Для этого были использованы несколько видов биоматериала, таких как коллаген, входящих в состав сухожилий и связок. В эксперимент было включено создание человеческого бедра, коронарной артерии, куриного сердца на стадии 5-дневного эмбриона, а также некоторых складок человеческого мозга.
По словам исследователей, все это печаталось в разрешении порядка 200 микронов (для сравнения, толщина человеческого волоса составляет около 100 микронов).
“Мы можем взять для печати даже коллаген, фибрин и алгинат - те же материалы, что использует для создания и восстановления органов человеческий организм. Из этих материалов мы сможем создавать сложнейшие структуры, которые будут практически полностью соответствовать настоящим человеческим тканям и органам (фибрин участвует в создании тромбов, а альгинат имеется у многих видов водорослей)”,- рассказал Фейнберг.
Новая технология предусматривает и легкое удаление поддерживающего материала. Для этого конструкцию нужно лишь нагреть до температуры человеческого тела, и все лишнее просто испарится, в то время как хрупкие молекулы и клетки, задействованные в печати, не пострадают.
Исследователи предупредили, что до печати настоящих полномасштабных органов дело пока не дошло, однако Фейнберг уверяет, что “уже сделан важный шаг, ведь мы научились использовать в 3D-печати биоматериалы, а без этого дальнейшее развитие невозможно”. Но он также заметил, что “потребуются еще годы исследований”.
В будущем исследователи планируют задействовать уже настоящие клетки сердца. Напечатанные структуры будут служить скаффолдами, в которых клетки смогут разрастаться и участвовать в строении сердечной мышцы.
Печать живых клеток пока что остается лишь развивающейся отраслью. Трудностей добавляет и цена на большинство 3D-принтеров, составляющая около $100 000. Кроме того, чтобы получить право пользоваться 3D-принтером, необходимо заключение, разрешающее использовать печать, что также создает определенные трудности. Тем не менее, для печатания органов может сгодиться и простой потребительский 3D-принтер, цена которого колеблется в районе $1000. В нем также задействовано общедоступное программное обеспечение, для усовершенствования которого исследователи привлекли других исследователей.
“Мы убеждены в том, что другие исследовательские группы смогут устранить многие изъяны в технологии и помогут нам справиться с вызовами, которые ставит перед нами 3D-печать”,- считает Фейнберг.