Биопечать из стволовых клеток: сердце билось неделю
Ученые из Гарвардского университета разработали принципиально новый метод 3D биопечати: они использовали набор стволовых клеток и данные 3D компьютерной томографии. В результате удалось получить функциональную ткань сердца конкретного человека. Новая технология станет шагом вперед в трансплантации органов, говорится в статье, опубликованной в Science Advances.
Запатентованный метод получил название SWIFT (sacrificial writing into functional tissue). Он представляет собой многоступенчатый процесс биопечати, включающий создание строительных блоков, состоящих из сотен тысяч индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, а также быструю 3D биопечать сосудистой сети в этих блоках.
«Это совершенно новый подход к изготовлению тканей, – сказал соавтор доклада Марк Скайлар-Скотт. – Вместо того, чтобы печатать в 3D клетки для целого органа, SWIFT печатает только сосуды, необходимые для поддержки структуры живой ткани, содержащей большое количество строительных блоков. В конечном счете, метод даст возможность восстанавливать и заменять человеческие органы органами и тканями, выращенными в лабораториях из собственных клеток пациентов».
Количество исследований, демонстрирующих потенциал 3D биопечати для получения искусственных органов, быстро растет. Однако в большинстве из них создавались модели с ограниченной плотностью клеток по сравнению с реальными сердцами взрослых людей, которые не могли функционировать как настоящий орган.
Скайлар-Скотт с коллегами разработали альтернативный способ создания тканей человека. Они сначала собрали тысячи стволовых клеток в структуру, имеющую форму органа. Затем поместили этот строительный блок в форму и, используя центрифугу, создали живую матрицу плотностью примерно 200 млн клеток на миллилитр.
Следующим шагом стало использование 3D принтера – для введения чернил через матрицу ткани. После чего чернила вымыли, но в ткани осталась ряд разветвленная сеть каналов, повторяющих структуру сосудистой сети, по которой в клетки доставляется кислород и питательные вещества. Диаметр каналов варьировался от 400 мкм до 1 мм.
«Создание плотной матрицы из этих строительных блоков убивает сразу двух зайцев. Мы не только получаем высокую клеточную плотность, аналогичную реальным человеческим органам, но и, благодаря вязкости матрицы, можем напечатать сеть проходимых каналов, имитирующих кровеносные сосуды и поддерживающих работу человеческих органов», – говорит соавтор научной работы Себастьян Узел.
Ученые опробовали новый метод, создав 3D модель сердца на базе снимков КТ 17-летнего пациента. Полученная модель сердца имела плотность клеток и микроархитектуру, напоминающую настоящую сердечную ткань. Жидкость, закачиваемая в модель, текла по сосудистой сети без проблем в течение нескольких дней.
Исследователи наблюдали за работой 3D модели сердца в течение семи дней и обнаружили, что строительные блоки органа начали сливаться воедино, образовывая более прочные ткани сердца, которые демонстрировали умеренную сокращаемость на уровне около 1% нагрузки на миокард и бились синхронно целую неделю. (Средняя нагрузка на миокард сердца для взрослых составляет около 20%).
Скайлар-Скот и его коллеги в настоящее время сотрудничают с учеными из Бостонского университета и Массачусетского технологического института, чтобы найти способ имплантировать ткани органов, созданных по технологии 3D биопечати, животному, которому требуется трансплантация.
На фото: виртуальная 3D модель, созданная на основе КТ сканов сердца 17-летнего пациента.
Оригинал новости можно прочитать здесь
