Данный перевод статьи с некоторыми сокращениями предоставляет более подробную информацию о последних достижениях в области биопечати органов.
Выращивание функциональных человеческих органов вне тела — «священный Грааль» трансплантационной медицины, который пока никому не удалось отыскать. Однако ученым из американского института Висс при Гарвардском университете удалось на шаг приблизиться к нему.
Изображение сгенерировано с помощью SD v. 1.5.
Группа ученых изобрела новый метод трехмерной печати сосудистых сетей, состоящих из соединяющихся между собой сосудов, имеющих четко выраженную «оболочку» из гладкомышечных клеток и клеток эндотелия, окружающих полую «сердцевину», по которой возможен ток жидкости. Сосуды располагаются в ткани сердца человека. Это исследование стало важным этапом на пути к созданию имплантируемых органов человека.
«Ранее мы разработали новый метод трехмерной печати, который позволил прокладывать каналы в живом клеточном матриксе. Далее на основе этого метода мы представили технологию, которая позволяет в общих чертах повторить многослойную архитектуру естественных кровеносных сосудов. Это облегчает образование непрерывного эндотелия и обеспечивает большую устойчивость сосудов по отношению к давлению тока крови изнутри», — рассказывает Пол Стэнки, ведущий автор опубликованной в журнале Advanced Materials статьи по результатам работы ученых.
Изображение сгенерировано с помощью SD v. 1.5.
Ключевой инновацией в работе ученых стала уникальная насадка для печати сердцевины и оболочки с двумя независимо регулируемыми жидкостными линиями для «чернил», из которых печатают сосуды: «чернила» на основе коллагена для наружного слоя и на основе желатина — для внутреннего. Камера для печати сердцевины слегка длиннее камеры для оболочки, что дает возможность прокалывать напечатанные ранее сосуды на всю толщину, создавая взаимосвязанную ветвящуюся сеть для насыщения кислородом тканей и органов человека за счет перфузии. Размер сосудов можно регулировать в процессе, изменяя либо скорость печати, либо скорость подачи «чернил».
Чтобы доказать, что новая технология эффективна, группа ученых сначала напечатала многослойные сосуды в прозрачном зернистом гидрогелевом матриксе. Затем сосуды были напечатаны на недавно созданном матриксе под названием SWIFT (Sacrificial Writing In Functional Tissue), состоящем из пористого материала на основе коллагена. Этот материал повторяет плотную волокнистую структуру живой мышечной ткани. Ученым удалось успешно напечатать сети ветвящихся сосудов в обоих вышеупомянутых вариантах бесклеточного матрикса. После печати этих биомиметических сосудов матрикс нагревали, что вызывало сшивку коллагена в матриксе и «чернилах» для оболочки и расплавление желатиновой сердцевины. При такой технологии сердцевина легко удаляется, оставляя проходимые перфузируемые сосуды.
Далее ученые перешли на более подходящий биологический материал и повторили процесс печати, используя для оболочки «чернила», содержащие гладкомышечные клетки, которые образуют наружный слой кровеносных сосудов человека. После расплавления желатиновой сердцевины в созданные сосуды были введены клетки эндотелия, выстилающего кровеносные сосуды человека изнутри. После семи дней перфузии как гладкомышечные клетки, так и клетки эндотелия были живы и выполняли функцию стенок сосудов — при сравнении проницаемость таких сосудов была в три раза ниже, чем в сосудах без клеток эндотелия.
Наконец, ученые перешли к проверке эффективности своего метода на живой ткани человека. Они сконструировали сотни тысяч «строительных кирпичиков» для сердца — крошечные сферы сокращающихся клеток сердца человека, втиснутые в плотный клеточный матрикс. Далее при помощи разработанной ими технологии была напечатана биомиметическая сеть кровеносных сосудов внутри ткани сердца. Наконец, ученые убрали «чернила» сердцевины и заполнили внутреннюю поверхность состоящих из гладкомышечных клеток сосудов клетками эндотелия путем перфузии с последующей оценкой эффективности метода.
Эти напечатанные биомиметические сосуды не только повторяют характерную двухслойную структуру кровеносных сосудов человека; после пяти дней перфузии имитирующей кровь жидкостью, «кирпичики» сердца начали синхронно сокращаться, как это делает здоровая функциональная ткань сердца. Ткани также реагировали на применение распространенных сердечных препаратов: изопротеренол вызывал учащение сердцебиений, тогда как блебистатин приводил к прекращению сокращений. Ученые даже создали методом трехмерной печати модель ветвящихся сосудов левой коронарной артерии реального пациента внутри «кирпичиков» ткани сердца, продемонстрировав потенциал нового изобретения в индивидуализированной медицине для создания пациент-специфичных васкуляризованных органов человека.
В будущем планируется создать самособирающиеся сети капилляров и интегрировать их в напечатанные на 3D-принтере сети кровеносных сосудов для более точного повторения структуры сосудов человека в микромасштабе, а также повысить качество выращиваемых в лаборатории тканей.
Поиск материала осуществлен при помощи Триггермед; за перевод благодарим English Geeks.
Источник: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/08/240807225648.htm
Подпишитесь на наши группы в соцсетях Вконтакте, Одноклассники.
