Исследователи используют ДНК как «умный клей» при 3D-печати живой тканью

Команда исследователей с факультета химии и биохимии Техасского университета в Остине, в составе которой Питер Аллен, Цинь Хай, Кристин Шмидт и Эндрю Эллингтон, опубликовали статью в журнале «Биоматериалы: наука и инженерия» Американского химического общества. В своей работе под названием «3D-печать клеящими материалами из нуклеиновой кислоты» ученые развивают инновационную идею о том, что ДНК может быть использована в 3D-печати не только как понятие, но и как клей для соединения материалов при 3D-печати искусственных тканей и органов. Теория об использовании ДНК в качестве клея может стать основой для нового, значительно менее затратного способа создания жизнеспособных биоматериалов.

У существующих методов 3D-печати наноматериалами есть ряд серьезных недостатков, включая колоссальные издержки и получаемые в результате 3D-печати чрезвычайно маленькие предметы. Распечатанные нано-объекты подходят для теоретических исследований, но не более того. На данном этапе исследователи уже поняли, что эти технологии работают, и пришло время приспособить их к использованию в реальной жизни. Плоды развития этой отрасли науки смогут быть успешно применены не только в лечении повреждений, таких как разрывы тканей, но и в более крупном масштабе, для 3D-печати целых органов для пациентов, которым необходима трансплантация.

Создание более крупных предметов потребовало нестандартного подхода, так что Эндрю Эллингтон и его команда приняли этот вызов. Они разработали наночастицы из полистирола или полиакриламида, покрытые ДНК, которая использовалась в качестве клея, соединяющего между собой менее дорогостоящие материалы. Ученые могут предсказать, каким образом ДНК будет взаимодействовать с другими цепочками ДНК, создавая то, что они назвали «умным клеем». При соединении создается коллоидный гель, способный держать форму. В свою очередь, этот коллоидный гель может быть использован в качестве материала для 3D-печати объектов, которые действительно можно увидеть невооруженным глазом. Более того, в отличие от предыдущих исследований с использованием нуклеиновой кислоты в 3D-печати, в этом случае с полученными объектами можно взаимодействовать без микроскопа.

Используя «взаимодействие между ДНК и ДНК», механизм которого они понимали, ученые смогли работать с полученным коллоидным гелем, контролировать и изменять его без использования микроскопа. Путем экспериментов исследователям удалось доказать, что гели такого типа могут способствовать созданию среды, благоприятствующей росту человеческих клеток. Нельзя отрицать, что это огромный шаг вперед, однако потребуется сделать еще много шагов на пути к созданию функциональных и жизнеспособных тканей в лаборатории. В конечном итоге, ученые рассчитывают получить материал, который будет служить основой и способствовать росту тканей.

В своей статье команда исследователей представляет четыре основных вывода по использованию ДНК в качестве умного клея:

1. После распечатки с помощью 3D-принтера коллоидный гель сохраняет форму.
2. Микроскопический объект в некоторой степени поддается контролю благодаря тому, что его частицы связаны с помощью ДНК.
3. Издержки процесса «значительно снижаются», если ДНК используется в качестве покрытия. Становится возможным применить технологию в более крупном масштабе.
4. Полученные объекты могут способствовать росту и развитию клеток.

Выводы, сделанные учеными, открывают путь для дальнейших исследований в данном направлении, а также предоставляют ранее недоступную возможность работы с предметами, которые видны невооруженным глазом. Сейчас мысль о том, что в будущем можно будет распечатать на 3D-принтере целые человеческие органы, уже не кажется такой фантастической.