3D-друк органів і тканин без біорозкладаного каркаса

Вчені розробили метод 3D-друку біологічних тканин без допоміжних каркасів, - пише eurekalert.org з посиланням на Materials Horizons.

Протягом багатьох років тканини і органи вирощувалися в лабораторіях з різним ступенем успіху. У багатьох випадках використовувався допоміжний каркас, при якому клітини висіваються на біорозкладані підтримуючі структури, які забезпечують основну архітектуру органу або тканини.

Але каркаси можуть викликати проблеми - в результаті вони повинні руйнуватися і зникати, але період збігу розкладання з дозріванням органу є складним, і іноді побічні продукти деградації можуть бути токсичними. Допоміжні структури також можуть заважати розвитку міжклітинних зв'язків, які важливі для формування функціональних тканин.

Тепер дослідницька група на чолі з Ебен Альсбергом - професором біоінженерії і ортопедії ім. Річарда і Лоан Хілла в Університеті Іллінойсу в Чикаго, розробила підхід, який дозволяє 3D-друк біологічних тканин без каркасів з використанням «чорнила», що складаються тільки зі стовбурових клітин.

«Наша платформа дозволяє виконувати 3D-друк клітин без підтримки у вигляді класичного каркаса із застосуванням тимчасової гідрогелевої ванни, в якій відбувається друк», - сказав Альсберг.

Гідрогелеві кульки мікронного масштабу дозволяють соплу 3D-принтера проходити через нього і висівати клітини з мінімальними втратами. Гелеві кульки підтримують клітини в міру їх друку, утримують їх на місці і зберігають їх форму.

Як тільки клітини надруковані в матриці гідрогелевих кульок, вони піддаються впливу ультрафіолетового світла, який з'єднує кульки, фактично заморожуючи їх на місці. Це дозволяє клітинам дозрівати і рости в стабільній структурі. Середа, яка омиває клітини, легко тече через зшиті гелеві кульки і при необхідності може бути замінена для забезпечення свіжих поживних речовин і видалення відходів, що виробляються клітинами. Гранули гідрогелю можуть бути видалені шляхом легкого перемішування або контролю їх руйнування.

Гідрогелева кулькова ванна володіє унікальними властивостями, які дозволяють друк виключно з використанням клітин, а також забезпечує необхідну стабілізацію клітинних структур для утворення зв'язків між клітинами, - пояснив Альсберг, додавши, що вчені можуть регулювати знищення кульок з допомогою хімії. 

Клітини, що використовуються командою Альсберга, - це стовбурові клітини, які можуть диференціюватися в різні типи клітин. Вони використовували стовбурові клітини для 3D-друку хрящового вуха і «стегнової кістки» розміром з гризуна. Клітини, які вони друкували, були здатні утворювати стабільні клітинно-клітинні зв'язки через спеціалізовані білки.

«Вперше конструкції, що складаються тільки з клітин, можуть бути надруковані у складних формах, які складаються з клітин різних типів без носія гідрогелю або традиційного каркаса. Ми продемонстрували, що клітинні структури можуть бути організовані і зібрані з використанням цієї стратегії для формування більш великих функціональних тканин, які можуть бути корисні для тканинної інженерії або регенеративної медицини, скринінгу ліків і в якості моделей для вивчення біології розвитку - сказав Альсберг.