Японские ученые разрабатывают новое поколение 3D-принтеров для живых тканей

По словам Цуоши Такато, профессора при Больнице Токийского университета, ученые работают над «новым поколением 3D-принтеров, печатающих живой тканью». Ведется разработка 3D-принтера, способного печатать тонким слоем биоматериала для производства объектов в соответствии с индивидуальным заказом, для различных целей.

Команда под руководством Такато сочетает стволовые клетки и белки, для того чтобы стимулировать рост в полученных тканях. Кроме того, ученые используют синтетический материал, по своим свойствам похожий на человеческий коллаген. Такато говорит, что цель разработок – распечатать материалы, которые максимально точно воспроизводят структуру настоящих органов. В частности, одной из трудностей, с которыми столкнулись ученые, стала распечатка объекта, твердого снаружи, но губчатого внутри, для имитации человеческих костей.

По словам исследователей, всего за несколько часов 3D-принтер способен преобразовать данные компьютерной томографии в проект и распечатать готовый имплантат. Кроме того, Такато говорит, что полученные элементы быстро приживаются и не отторгаются собственными тканями и органами пациента. Профессор так прокомментировал инновационный процесс: «При производстве имплантатов традиционным способом из тела пациента извлекается часть кости или хряща. При использовании нового метода создания индивидуальных имплантатов, над которым мы сейчас работаем, извлечение исходного материала не потребуется».

От развития нового метода могут получить преимущество, в том числе, дети с врожденными заболеваниями костей и хрящей. Таким детям не подходят традиционные синтетические имплантаты, поскольку их организм очень быстро растет. В связи с этим они могут стать наиболее подходящими пациентами для испытания новой технологии.

Одна из серьезных проблем при использовании традиционных 3D-принтеров – это большое количество тепла, выделяющегося в процессе печати, которое может повредить живые клетки и белок. Такато намерен решить эту проблему. «Мы еще не разработали наилучший способ избежать денатурации белков под воздействием высоких температур, однако мы уже испытываем различные варианты, проверяя их эффективность», – говорит профессор.

Протеин, который использует в своей работе команда под руководством Такато, был впервые произведен компанией Fujifilm для применения в качестве коллагена для фотопленки. Этот тип коллагена получают не из животных, что позволяет значительно снизить риск опасных инфекций, а также вероятность того, что имплантат будет отторгнут организмом пациента как инородное тело.

Ученые говорят, что исследования, которые ведутся в настоящее время, основаны на предыдущем проекте под названием «CT-Bone», осуществленном совместно с государственными структурами и токийской компанией Next 21. Вещество, использованное в проекте CT-Bone – фосфат кальция, такой же, как в настоящих костях. Тем не менее, в отличие от разработок команды Такато, в проекте не применялись стволовые клетки. Принцип использования имплантата CT-Bone заключается в следующем: он устанавливается на участках, где кости пациента сломаны или отсутствуют, выполняя функцию основы для дальнейшего роста костей. Спустя два года рост тканей, стимулированный CT-Bone, вместе с ростом собственных костей пациента позволяет имплантату полностью прижиться в организме.

По результатам экспериментов на животных ученые предполагают, что регенерация такого типа может проходить еще быстрее при использовании коллагенов, стволовых клеток и веществ, стимулирующих рост в полученных тканях. Ожидается, что к концу 2015 года японские государственные структуры в сфере медицины одобрят клиническое применение имплантатов CT-Bone, и по новой технологии будут впервые прооперированы реальные пациенты.

Что касается нового исследования команды Такато, речь идет о медицинском применении 3D-печати. В связи с этим, методика должна пройти долгий процесс испытаний и проверки на соответствие всем законодательным нормам. До клинических испытаний кожи, произведенной с помощью 3D-печати, может пройти около трех лет. После этого, ученые под руководством профессора Такато перейдут к экспериментам с костями, хрящами и суставами.