3D-биопечать: как новые технологии помогут восстанавливать ткани органов человека

Разработанные им экспериментальные методики и устройства внесли весомый вклад в развитие фундаментальных основ диагностики и управления нестационарными процессами тепло- и массопереноса применительно к системам 3D-биопечати на основе гелевых материалов, сообщается в пресс-релизе Минобрнауки РФ.

Применение гелей в биопечати ― одно из перспективных направлений развития регенеративной медицины. Они особо эффективны в качестве материала для восстановления или выращивания тканей и органов человека. В технологии 3D-биопечати гидрогели используются в качестве основы, на которую в определенном порядке накладываются тканевые сфероиды, представляющие собой живые клетки. После этого клетки одного типа группируются и образуют готовый орган. Слияние клеток происходит в горизонтальном и вертикальном направлениях.

Гидрогели обладают набором уникальных свойств: являются биологически нейтральными для живых клеток, проявляют свойство тиксотропии ― восстановления структуры после механического разрушения или перехода из жидкого состояния в гелеобразное и обратно при нагреве, что особенно важно в послойной 3D-биопечати. Однако живым клеткам необходимо обеспечить условия выживания, которые, в частности, зависят от степени теплового нагрева гелей. А для формирования пригодного для имплантации человеку органа необходимо создание специальных условий с наличием искусственной сети капилляров для возможности управляемой подачи питательных элементов и кислорода.

Решение всех этих сложнейших задач требует неинвазивных методов исследования. Для этого был разработан бесконтактный способ диагностики гелевых систем на основе оптической голографии и высокоскоростной видеосъемки.

«Мне удалось впервые получить видеокадры, демонстрирующие особенности теплообмена в процессе нестационарного нагрева гидрогеля ― материала с анизотропными свойствами (неодинаковыми физико-химическими свойствами в объеме геля). Метод позволяет в режиме реального времени увидеть процесс прогрева сложной структуры геля и зафиксировать время начала его плавления, а с помощью встроенного градиентного датчика были зарегистрированы предельные тепловые потоки, соответствующие этому моменту. Опубликованы новые результаты по теплопроводным и оптическим свойствам гелей», ― рассказывает Николай Захаров.