Тканевые инженеры создают искусственные органы и ткани, которые можно использовать для разработки и тестирования новых лекарств, восстановления поврежденных тканей и даже замены целых органов в организме человека. Однако современные методы изготовления ограничивают их способность производить клетки произвольной формы и достигать высокой жизнеспособности клеток.
Исследователи из Лаборатории устройств прикладной фотоники (LAPD) Инженерной школы EPFL совместно с коллегами из Утрехтского университета разработали оптическую технику, которая позволяет всего за несколько секунд лепить сложные формы ткани в биосовместимый гидрогель, содержащий стволовые клетки. Полученная ткань может быть васкуляризирована путем добавления эндотелиальных клеток.
Команда описывает этот метод печати с высоким разрешением в статье, опубликованной в Advanced Materials. Этот метод изменит методы работы специалистов по клеточной инженерии, позволив им создавать новое поколение персонализированных, функциональных биопечатных органов.
Печать бедренной кости или мениска
Техника называется объемной биопечатью. Чтобы создать ткань, исследователи проецируют лазер на вращающуюся трубку, заполненную гидрогелем, насыщенным стволовыми клетками. Они формируют ткань, фокусируя энергию света в определенных местах, которые затем затвердевают. Всего через несколько секунд появляется сложная трехмерная форма, подвешенная в геле. Стволовые клетки в гидрогеле практически не затрагиваются этим процессом. Затем исследователи вводят эндотелиальные клетки для васкуляризации ткани.
Исследователи показали, что можно создать тканевую конструкцию размером в несколько сантиметров, что является клинически полезным размером. Примеры их работы включают клапан, похожий на клапан сердца, мениск и часть бедренной кости сложной формы. Они также могли строить взаимосвязанные конструкции.
«В отличие от обычной биопечати - медленного, послойного процесса - наша технология отличается быстротой и предлагает большую свободу дизайна без ущерба для жизнеспособности клеток», - говорит Дэмиен Лотри, исследователь из Лос-Анджелеса и один из соавторов исследования..
Имитация человеческого тела
Работа исследователей меняет правила игры. «Характеристики тканей человека в значительной степени зависят от очень сложной внеклеточной структуры, и способность воспроизвести эту сложную структуру может привести к ряду реальных клинических применений», - говорит Пол Дельрот, другой соавтор. Используя эту технику, лаборатории могут массово производить искусственные ткани или органы с беспрецедентной скоростью. Подобная воспроизводимость необходима, когда речь идет об испытаниях новых лекарств in vitro, и она может помочь устранить необходимость в испытаниях на животных - явное этическое преимущество, а также способ снижения затрат.
«Это только начало. Мы считаем, что наш метод по своей природе масштабируется для массового производства и может быть использован для создания широкого спектра моделей клеточных тканей, не говоря уже о медицинских устройствах и персонализированных имплантатах», - говорит Кристоф Мозер., глава полиции Лос-Анджелеса.
Исследователи планируют продавать свою новаторскую технику через спин-офф.