С помощью 3D-печати удалось создать ткани колена

Такой подход работает для тканей, состоящих из клеток одного типа, таких как хрящи. Хотя получить полностью функционирующий орган и пересадить его пациенту не так легко, исследователям из Медицинского центра при Колумбийском университете (CUMC) это удалось. Они использовали ткани мениска, части колена, отвечающей за амортизацию.

Разрыв мениска – очень распространенная травма, но на данный момент хирурги в большинстве случаев могут только удалить поврежденную ткань, чтобы облегчить боль от раздражения и опухания. В результате такой операции колено лишается природного механизма амортизации, повышается риск артрита. Команда исследователей из CUMC под руководством доктора Джереми Мао разработала новую методику: на 3D-принтере создается основа, оболочка органа, на которую с помощью высокоточной системы наносятся протеины, стимулирующие регенерацию тканей.

«По нашим представлениям, индивидуально подобранный имплантат мениска может быть создан за несколько дней – от первоначального МРТ-исследования до печати на 3D-принтере», – говорит доктор Мао. Затем, в течение недели, имплантаты будут отправлены в больницы, где их пересадят пациентам.

Исследователи объясняют, что процесс создания искусственного мениска начинается с МРТ-исследования здорового колена, после чего снимок преобразуется в 3D-изображение. Эти данные используются для 3D-печати искусственного мениска из поликапролактона, биоразлагаемого полимера. Имплантаты производятся на биоплоттере EnvisionTEC, способном осуществлять 3D-печать различными материалами при разных температурах. Этот процесс очень похож на широко распространенную в простых 3D-принтерах технологию моделирования методом послойного наплавления, но происходит на микроскопическом уровне.

Звучит маловероятно, но 3D-печать – это самая простая часть процесса. Однако для того, чтобы стимулировать стволовые клетки преобразовываться в ткань мениска, необходимо использовать два человеческих протеина в определенном порядке и в определенных количествах. Для решения этой задачи исследователи решили применить «медленно растворяющиеся микросферы» с протеинами внутри, которые уже после пересадки мениска внедряются во внутреннюю и внешнюю его часть.

Теоретические и практические достижения доктора Мао в создании и пересадке искусственных менисков людям – результат предыдущих исследований, проведенных на овцах. Ученые, работающие под руководством доктора Мао, считают, что их подход отличается от классической инженерии живых тканей тем, что в этом случае процесс регенерации запускается уже после пересадки органа. Один из важнейших факторов в этом процессе – точная система стимулирования роста клеток на оболочке, напечатанной на 3D-принтере. Таким образом, уже внутри человеческого тела идет преобразование стволовых клеток, естественный процесс, происходящий и при развитии эмбриона.