Исследователи работают над печатью артерий с помощью обычных потребительских 3D-принтеров (+ видео)

«Нам удалось сделать снимки МРТ коронарных артерий и трехмерные снимки сердец эмбрионов, а затем изготовить их с помощью 3D-биопечати в прекрасном разрешении и качестве из очень мягких материалов, таких как коллагены, альгинаты и фибрины», – объясняет Адам Файнберг, профессор материаловедения, инженерных наук и биомедицинской инженерии в Университете Карнеги–Меллон. Файнберг руководит научной группой по исследованиям регенеративных биоматериалов и терапии. Команда представила видеоролик, в котором новая технология демонстрируется в действии.

Традиционные 3D-принтеры предназначены для печати твердых предметов, обычно из пластика или металла. Принцип их работы заключается в выкладывании материала слой за слоем для создания трехмерного объекта. Для печати каждого слоя требуется поддержка предыдущих слоев, поэтому 3D-печать из мягких материалов, таких как гели, связана с определенными трудностями.

«В последнее десятилетие исследователи, занимающиеся тканевой инженерией, неоднократно предпринимали попытки 3D-печати из различных материалов, однако до сегодняшнего дня никому не удавалось найти метод 3D-печати из традиционных в этой области гелей, таких как коллаген или фибрин», – объясняет Ти Джей Хинтон, студент факультета биомедицинской инженерии в Университете Карнеги–Меллон и один из ведущих авторов исследования.

«Проблема 3D-печати из мягких материалов, по своей структуре похожих на желе, в том, что они разрушаются под собственным весом, если их изготавливать в воздухе, без поддерживающих конструкций, – рассказывает Файнберг. – Поэтому мы разработали метод 3D-печати внутри резервуара с поддерживающим материалом. Смысл технологии сводится к 3D-печати одного геля внутри другого, что позволяет точно расположить мягкий материал слой за слоем».

Метод получил название FRESH (Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels, «свободное обратимое встраивание гидрогелей без поддерживающих конструкций»). Одно из главных его преимуществ в том, что поддерживающий гель можно легко расплавить и удалить, нагрев его до температуры тела – при этом не повреждаются молекулы и живые клетки. На следующем этапе исследования ученые работают над внедрением настоящих клеток сердца в напечатанные на 3D-принтере конструкции – таким образом, они рассчитывают изготовить мышцы, способные к сокращению.

Биопечать – это область, которая стремительно развивается, однако большинство устройств на сегодняшний день стоят более $100 000 или требуют от пользователя специальных навыков, что ограничивает их внедрение. Группа под руководством Файнберга, тем не менее, сумела реализовать разработанную технологию на нескольких персональных 3D-принтерах, цена которых не превышает $1000. Это стало возможным благодаря использованию устройств и программ из открытых источников.

«Открытые программы подразумевают не только значительное снижение издержек, но и возможность настройки параметров 3D-печати, оптимизации процесса и получения максимально качественных объектов, – комментирует Файнберг. – Нам действительно удалось быстрее разработать новые материалы и применить инновационные технологии. В свою очередь, мы публикуем файлы, необходимые для создания нашего 3D-принтера, в открытом доступе».