Учёные распечатали на 3D-принтере человеческое ухо для трансплантации (7 фото)

18 февраля 2016

В трансплантологии вот-вот произойдёт настоящая революция: разработан 3D-биопринтер, на котором можно печатать органы из достаточно крепких для трансплантации тканей. Чтобы показать, насколько он мощен, учёные распечатали челюстную кость, мышцу, хрящи и воссозданное в первозданной точности человеческое ухо!

После почти 10 лет работы исследовательская группа под руководством Энтони Атала из Института регенеративной медицины при Университете Уэйк-Форест представила Интегрированную систему 3D-печати тканей и органов (Integrated Tissue and Organ Printing System, ITOP). Когда будет доказана безопасность такой трансплантации для человеческого организма, а также отточены технологии печати, органы и ткани, напечатанные таким образом, будут применяться, чтобы заменять повреждённые, отсутствующие или больные части человеческого организма. Разрабатываемые с помощью компьютерных технологий, эти "детали" будут отвечать индивидуальным потребностям каждого пациента.

Биопринтеры работают по тому же принципу, что и обычные 3D-принтеры; они выстраивают сложные структуры, добавляя слой за слоем. Однако вместо пластика, смолы или металла биопринтеры используют материалы, максимально приближенные по своим свойствам к тканям человеческого организма.

Однако существующие биопринтеры не могут напечатать объект точного размера и достаточной крепости. Предметы, которые получаются на выходе, слишком непрочны и структурно нестабильны для хирургической трансплантации. Также на них нельзя напечатать более тонкие структуры - например, кровеносные сосуды. Без кровеносных сосудов ткань не может быть насыщена важнейшими питательными веществами и кислородом.

"Клетки просто не выживут без снабжения кровью с помощью сосудов толщиной менее чем в 200 микрон - то есть очень тонких", - говорит Атала. Он считает "ограничивающие факторы" 3D-печати её главной проблемой.

Однако новой системе биопечати удалось выйти за рамки всех этих недостатков! Биополимерные материалы используются, чтобы сформировать ткань, а гель на водной основе - чтобы поддерживать структуру клеток (для клеток этот гель не ядовит). Временная внешняя оболочка поддерживает орган во время печати. Чтобы решить проблему с ограничением размеров, исследователи встроили в органы для печати микроканалы, через которые органы смогут получать кислород и питательные вещества. "С помощью этих микроканалов мы фактически воссоздали систему капилляров", - говорит Атала.

Чтобы испытать 3D-систему, учёные провели ряд экспериментов на животных. Человеческие уши были имплантированы под кожу мыши. Спустя два месяца уши всё ещё сохраняли форму, сформировались хрящи и кровеносные сосуды. Напечатанные в системе части мышечной ткани были имплантированы крысам и также сохранили структурную целостность.

Фрагменты костей челюсти, напечатанные на принтере, также были имплантированы крысам. Спустя пять месяцев сформировалась насыщенная кровеносными сосудами костная ткань. В будущем 3D-печать сможет быть использована даже для реконструкции лица!

Сосуды уха, напечатанного на 3D-принтере, спустя три месяца:

Напечатанная в системе мышечная ткань:

Атала утверждает, что, по-видимому, распечатанные им и его командой органы и ткани имеют нужные размеры, плотность и функциональность для человеческого организма. Система, созданная командой, может генерировать структурно стабильные ткани практически любой формы с предшествующим компьютерным моделированием в соответствии с потребностями конкретных пациентов.

Когда будет доказана безопасность и эффективность системы, учёные смогут приступить к экспериментам с людьми. Тем не менее, как говорит Атала, "мы всё ещё проверяем безопасность этих вещей, и у нас впереди много опытов".