Искусственные органы научились «подвешивать» в ходе 3D-печати

  • 05 февраля, 2017
    0 Comments

    Британские ученые разработали универсальный метод 3D-печати сложных биологических структур с разными типами клеток (органоидов), который позволяет четко соблюдать их морфологию, механические и химические свойства. Это достигается за счет «подвешивания» образца во время печати в среде из микрометровых гелевых частиц. Результаты работы опубликованы в журнале Advanced Materials.

    Органоиды, или искусственные органы из человеческих клеток служат моделями для разнообразных исследований. Во многих случаях их использование приводит к более достоверным результатам, чем эксперименты на животных. Как правило, при создании органоидов в качестве внеклеточного матрикса, поддерживающего клетки и придающую форму всей структуре (в живом организме он состоит из соединительной ткани), используют гидрогели, которым различными способами придают нужную структуру.

    Одним из таких способов служит 3D-печать, позволяющая с высокой точностью формировать сложные конструкции из клеток и гидрогеля. Ограничивает применение этого метода то, что гидрогель во время печати должен быть достаточно жидким, из-за чего основание органоида должно иметь значительно большую площадь, чем верхушка, чтобы он не растекся. Подобная конфигурация далеко не всегда соответствует потребностям исследователей.

    Чтобы обойти это ограничение, сотрудники Университетов Хаддерсфилда и Бирмингема, а также Королевской ортопедической больницы предложили использовать в качестве поддерживающей среды гелевые частицы микрометрового диаметра. Такая среда не дает гелю с клетками опускаться на дно в процессе печати и сохраняет трехмерную конфигурацию органоида в процессе застывания. При этом, изменяя вязкость среды, можно регулировать разрешение печати. Гели с клетками вводятся с помощью инъекционной иглы. Для фабрикации органоидов можно использовать гидрогели с различными типами клеток. После застывания конструкции поддерживающую среду при необходимости удаляют.

    Как показали эксперименты, для изготовления поддерживающих микрочастиц и гидрогеля для печати можно использовать различные материалы, такие как желатин, геллановая камедь, коллаген, гиалуроновую кислоту, агарозу и альгинат в любых сочетаниях. В качестве демонстрации возможностей технологии ученые напечатали в агарозной среде спиральную конструкцию из геллановой камеди с коллоидным гидроксиапатитом (последний нужен для анализа структуры конструкции с помощью компьютерной томографии, поскольку непрозрачен для рентгеновского излучения).

    ​После этого исследователи перешли к экспериментам с живыми клетками. Их целью было подтвердить, что с помощью разработанной технологии можно создать сложную тканевую конструкцию из разных типов клеток и с неоднородной структурой. Для этого они использовали мыщелок бедренной кости с хрящом, удаленный у пациента в ходе протезирования коленного сустава. С помощью дрели в хряще и подлежащей кости проделали цилиндрический дефект, из удаленной ткани извлекли живые клетки. Затем на основе компьютерной томограммы образца построили 3D-модель дефекта. Ее использовали для послойной печати в агарозной поддерживающей среде «заплатки» из геллановой камеди, кристаллов гидроксиапатита и клеток (остеобластов и хондроцитов), точно повторяющей анизотропную структуру кости и хряща.

    После четырех недель культивирования в питательной среде напечатанная ткань сохраняла структуру и клеточный состав, а также обладала удовлетворительными механическими свойствами. В хрящевой части образца наблюдался синтез коллагена II типа и аггрекана — маркеров формирования хряща. В направлении костной части соотношение коллагенов II и I типов постепенно изменялось, как и в естественных костно-хрящевых структурах.

    «Полученные результаты свидетельствуют, что разработанная нами методика создания трехмерных тканеподобных структур перспективна для использования в регенеративной медицине и исследованиях сложных тканевых структур», — пишут исследователи.

    ОригиналОлег Лищук https://nplus1.ru/news/2017/02/02/suspended-manufacturing

  • Экспертная колонка

    27 марта 2017

    Термин «стволовые клетки» придумал русский ученый А.А. Максимов еще в начале прошлого века, исследуя процесс кроветворения, затем А.Я. Фриденштейн доказал наличие других, не только кроветворных стволовых клеток. С тех пор мировая наука существенно продвинулась в изучении этого вопроса.

    Сегодня известно, что стволовые клетки являются основой самоподдержания и обновления организма человека. Установлено, что они входят в состав не только костного мозга, но и соматических и висцеральных тканей нашего организма. С различной степенью регулярности эти клетки обновляются, тем самым поддерживая здоровье человека на должном уровне.

    Некоторые клетки организма обновляются раз в две недели, а другие – раз в год, третьи – не обновляются совсем (например, нейроны), однако возраст и болезни уменьшают их количество. Таким образом, резерв стволовых клеток, «перезагружающих» и «ремонтирующих» наш организм истощается. Стало очевидно, что нужно повышать их потенциал, для чего можно, например, изымать стволовые клетки из организма, приумножать их в сотни, тысячи раз и вводить обратно. Кроме того, ученые с помощью стволовых клеток научились выращивать ткани и некоторые органы.

    Однако академик считает, что это не решит проблемы, потому что благодаря развитию медицины продолжительность жизни человека растет с каждым годом. Это может приводить к тому, что будет появляться все больше пациентов, которые будут нуждаться в органах для трансплантации: сердце, почках, печени, легких.

    Решение проблемы и логичное развитие регенеративной медицины он видит не в том, чтобы искусственно вырастить орган и подсадить его человеку (своего рода «паллиативное решение проблемы»), но научиться контролировать обновление клеток и программировать эту регенерацию внутри человеческого организма.

  • Видео недели

    За последние десятилетия Регенеративная медицина бурно эволюционировала, вовлекая и объединяя новые достижения в области молекулярной медицины, клеточных технологий, геномного инжиниринга и 3D принтинга, разнообразив арсенал инструментов в клинической практике. Новая эра Регенеративной медицины способствует повышению качества жизни за счет таргентной терапии и появления искусственных тканеинженерных конструкций. Кроме того, активно тестируются нанороботы, которые были бы способны выполнять in vivo манипуляции.

  • Twitter лента