Одно из последних достижений – исследования биомедицинского инженера доктора Джеффри Моргана и его коллеги-хирурга доктора Эндрю Блэйкли из Брауновского университета. Они разработали новую технологию соединения тканей в более крупные фрагменты. С помощью устройства под названием BioP3 ученые могут выбирать, передвигать и совмещать друг с другом готовые живые ткани, создавая более крупные структурные элементы.
Доктор Морган основал компанию MicroTissues Inc., которая разрабатывает и распространяет технологию, стимулирующую живые клетки самоорганизовываться и создавать объекты в форме сфер, торов, палочек и сот. С помощью BioP3 исследователи продвинулись еще дальше – теперь эти элементы можно совмещать друг с другом, создавая более крупные объекты.
«Для нас это очень радостная новость, потому что это инновационный подход к созданию тканей, а возможно и органов, слой за слоем из крупных и сложных живых частей, – говорит Морган. – В отличие от 3D-печати живой тканью, которая проходит капля за каплей, наша технология позволяет работать гораздо быстрее, потому что в ней используются уже готовые элементы живой ткани. Эти элементы имеют функциональную форму, и содержание клеток в каждом из них в тысячи раз больше».
Прототип BioP3, описанный в недавно опубликованной статье, собран из нескольких частей, которые можно купить в магазине инструментов и оборудования не более чем за 200 долларов. Часть прибора, в которой происходит непосредственная сборка, состоит из двух отсеков: в одном из них хранятся элементы живой ткани, а в другом они совмещаются друг с другом в большие фрагменты. Над этой частью расположено устройство-манипулятор для захвата и переноса, которое с помощью насоса поднимает каждый элемент и переносит его в отсек сборки. После этого положенные друг на друга части за короткое время срастаются друг с другом. «Этот проект особенно заинтересовал меня, поскольку он предлагает новый, никем ранее не описанный подход к крупномасштабной тканевой инженерии», – говорит Блэйкли.
В своей статье исследователи демонстрируют, что с помощью нового прибора можно расположить друг на друге 16 элементов в форме тора и 4 элемента в форме сот, каждый из которых содержит 250 000 клеток. Таким образом, фрагмент из совмещенных элементов-сот содержит миллион клеток и имеет более 2 мм в толщину. Бесспорно, эти числа далеки от общего количества клеток в печени взрослого человека (около 100 миллиардов). Тем не менее, Морган сообщает, что плотность полученных фрагментов сопоставима с плотностью человеческих органов. При наличии системы подачи питательных веществ эти фрагменты могут продолжить расти. В то же время, питательные элементы – это гарантия выживаемости живой ткани. Из этих соображений исследователи обеспечили постоянный приток питательной жидкости к структурам, созданным из элементов в форме сот. Эта система предоставляет фрагментам питательные вещества и выводит отходы, позволяя тканям выжить более суток.
В своих исследованиях ученые использовали несколько типов клеток: печени, яичников и опухолей груди. Последние могут применяться для оценки эффективности химио- или радиотерапии, тогда как первые два типа могут сочетаться с другими клетками для создания более сложных тканей. В 2010 году в лаборатории Моргана также был создан искусственный яичник, путем комбинирования трех типов клеток в одной ткани. В 2011 году в лаборатории уже проводились исследования с использованием похожих элементов в форме сот шириной 2 см и с 6 миллионами клеток, поэтому ученые считают, что с помощью BioP3 им удастся создать более сложные объекты.
В настоящий момент система управления манипулятором BioP3 для захвата и переноса элементов похожа на рычажки детской игры. При этом сборка фрагмента из 16 элементов в форме тора занимает около часа. Тем не менее, исследователи уже работают над автоматизированной версией устройства, благодаря полученному от Национального научного фонда трехлетнему гранту в 1,4 миллиона долларов. «Благодаря тому, что Национальный научный фонд предоставил нам грант, мы можем автоматизировать и обновить BioP3, сделав его полностью независимой системой для сборки крупных фрагментов живой ткани с высокой плотностью», – добавил Блэйкли.
Еще одной задачей исследователей будет проверить, насколько крупными и жизнеспособными могут быть полученные фрагменты. Они оценят такие параметры, как способность клеток работать как единое целое и изменения, которые происходят в них со временем. «Мы только начинаем понимать, какие живые ткани и органы мы можем производить и как мы можем создавать сосудистые системы в этих структурах, – объясняет Морган. – Создание органа – это сложнейшая задача для биомедицинской инженерии. Мы делаем существенные шаги в этом направлении».В настоящий момент Брауновский университет подал заявку на патент BioP3, и важно отметить, что эта технология имеет огромный потенциал в масштабах всей сферы биомедицинской инженерии. Возможно, эта технология сможет применяться в 3D-печати живой тканью для сборки уже напечатанных элементов. При этом BioP3 мог бы выступать в роли устройства, отвечающего за конечную печать из готовых фрагментов.
поделиться статьей с друзьями
добавить сообщение