Каталог
Москва и МО
Напишите нам

Можно ли распечатать сердце на 3D-принтере?

Факты
#История медицины #Познавательно

Весь мир активно пользуется аддитивными технологиями, а точнее 3D-печатью – методом послойного создания физического объекта по цифровой 3D-модели. Детали, макеты, дома, капсулы для космических станций. 3D-печать добралась и до медицины, сейчас она активно используется в стоматологии и протезировании. А что насчет живой ткани, настоящих органов? Можно ли напечатать сердце на принтере? Вопрос не такой уж и праздный, так как проблема трансплантологии стоит остро. Доноров не хватает, а после трансплантации пациенту приходится принимать препараты, подавляющие иммунитет, чтобы собственная иммунная система не отторгла новообретенные органы. Люди, нуждающиеся в трансплантации, могут получить 3D-печатный орган, сделанный из их собственных клеток, и не ждать подходящего донора.


3D-Печать

Рисунок 1 - 3D-печать

Звучит, конечно, довольно необычно. Распечатанный на 3D-принтере орган, кожа, кость, хрящ. Но уже существует новая технология биопечати SLATE. Она основана на создании органического гидрогелевого раствора, который твердеет в нужной конфигурации под воздействием ультрафиолета. С его помощью можно создавать устойчивые структуры толщиной до 10 мкм, что позволяет воспроизводить даже самые тонкие ткани, например капилляры.

В далеком 2000-м году биоинженер Тoмас Бoланд модифицировал настольные принтеры Lexmark и HP и приспособил их для печати фрагментов ДНК. Это стало возможно, так как параметры клеток человека по размерам (около 10 микрон) схожи с размерами капли чернил в обычном принтере. Причем 90% клеток при печати сохраняют свою функциональность. И теперь на 3D-принтере можно печатать клапаны сердца, уши, кожу, костные и хрящевые ткани. Биопринтеры способны даже напечатать полноценные продукты питания.

Спустя 6 лет после модификации Боландом принтеров, в 2006 году, группа биоинженеров из Wake Forest Institute for Regenerative Medicine под руководством Энтони Аталы в качестве эксперимента разработала и напечатала полностью функциональные мочевые пузыри. В основе – стволовые клетки подопытных пациентов, которые нанесли поверх модели мочевого пузыря, нагретого до температуры человеческого тела (36,6°С). Клетки росли следующие 6-8 недель, создавая пригодный для пересадки орган.

Позже американская компания “Organovo” напечатала печеночную ткань, которая жизнеспособна и демонстрирует функциональность в течение 5 недель. В России биоинженеры “3Д Биопринтинг Солюшенс” пересадили подопытной мыши 3D-модель щитовидной железы.

На данный момент выращенные ткани и органы предназначены для тестирования экспериментальных фармацевтических препаратов, действия химиотерапии. То есть можно наблюдать за реакцией органов и тканей на тот или иной тип лечения, не используя добровольцев в качестве подопытных. Однако на данный момент наиболее совершенны в этом плане методики изготовления медицинских имплантатов. Сейчас с помощью метода селективного лазерного спекания из нитинола (никелид титана) – высокопрочного материала, напоминающего по биохимическому составу костную ткань – с успехом изготавливают элементы человеческого скелета. Так же популярны и полимерные протезы.

На данный момент разработаны две методики: печатать органы живыми клетками, заполняя окружающее пространство специальным коллагеновым гелем, или же помещать клетки на поверхности (или внутри) напечатанной принтером пластиковой формы. Первый способ позволил вырастить ткань кожи, второй – печень и почку.


3D-печать органов

Рисунок 2 - 3D-печать органов

В первом способе используется соединительная структура – гидрогель, в который помещаются индуцированные плюрипотентные стволовые клетки из костного мозга, пульпы зуба или обычной жировой ткани пациента.

Стволовые клетки хороши тем, что из них можно сделать клетки для любой ткани. После помещения их в гель и послойной печати клетки начинают расти, формируя ткань, орган, кость.  

На данный момент команда из Wake Forest Institute for Regenerative Medicine выращивает вне тела человека уши и носы. Для этого используется саморассасывающийся за 4 года полимер – поликапролактам. После печати (4-5 часов) слои поликапролактама заполняют гидрогелем с клетками пациента, которые охлаждены до -18°С. При этой температуре клетки не повреждаются. Чтобы конструкция из полимера и геля приобрела форму и закрепилась, используют ультрафиолет. С течением времени место поликапролактама после трансплантации займут собственные хрящи.

Здесь же, помимо кожи и ушей, на 3D-принтере печатают кости челюсти, кровеносные сосуды и клетки некоторых органов – печени, почек, легких.

А вот печать самих этих органов находится на стадии испытаний, их не удалось вырастить ни одному регенеративному хирургу. Пока.