Человеческие биочернила для 3D-печати человеческих тканей

3D-биопринтинг (или биофабрикация) направлен на создание тканевых конструкций для различных применений, включая тестирование на животных, скрининг лекарственных препаратов и регенеративную медицину. Одним из важнейших аспектов этой технологии является использование подходящих материалов для 3D-печати живых клеток, которые называются биочернилами. Эти "биочернила" должны поддерживать клетки и сохранять их жизнеспособность во время и после процесса печати. В настоящее время большинство биочернил получают из материалов нечеловеческого происхождения на основе животных источников, например, коллагена или желатина.

Таким образом, существует огромная потребность в альтернативных материалах, не содержащих животных источников, не только для замены испытаний на животных, но и для более близкого сходства с процессами и условиями в тканях человека. В этом отношении также изучались синтетические полимеры, и хотя некоторые из них безопасны для использования в человеческом организме, эти синтетические варианты являются чрезмерным упрощением сложной естественной ситуации in vivo и не позволяют полностью преодолеть разрыв между существующими испытаниями in vitro и моделями на животных.

Исследовательский проект HU3DINKS (Human bioinks for 3D printing, Биочернила человека для 3D-печати) направлен на преодоление озвученных ограничений путем разработки высокоэффективных биочернил на основе человеческих тканей, пригодных для различных технологий 3D-биопечати, включая экструзионную печать и лазерную печать высокого разрешения. Несмотря на то что на рынке уже имеются коммерческие материалы на основе человеческих тканей, их биоактивность и эффективность печати остаются низкими. Поэтому целью консорциума HU3DINKS является преобразование имеющихся в продаже материалов, полученных из тканей человека, в биочернила, которые могут быть напечатаны простым способом.

Будущие области применения биофабрикации включают регенерацию человеческих тканей и "печать органов". "Однако, несмотря на то что для перевода этих приложений в клиническую реальность необходимо преодолеть множество препятствий, технология биопечати уже предлагает решения в области тестирования без использования животных. Здесь "человеческие 3D-чернила" могут сыграть огромную роль, сделав биопринтинг действительно свободным от животных", - говорит Джаспер Ван Хоорик, генеральный директор компании BIO INX.

В результате лекарства или косметические средства можно будет тестировать на 3D-печатных моделях человеческих тканей, которые лучше имитируют нативные 3D-ткани по сравнению с традиционными 2D-методами культивирования клеток. Такой подход соответствует принципу 3R - сокращение, замена и улучшение использования животных в научных целях, задекларированному в европейской директиве 2010/63/EU, ужесточающей требования к благополучию животных (3R - refinement, replacement и уменьшение.

Для достижения этой цели решающее значение имеет биопечать высокого разрешения на основе двухфотонной полимеризации (2PP), которая является единственной технологией, позволяющей печатать с субклеточным разрешением, что дает возможность имитировать сложную микроклеточную архитектуру. Кроме того, это одна из единственных технологий, позволяющая напрямую печатать в микрофлюидных чипах, что дает возможность прямого скрининга лекарственных препаратов. "Технология достигла огромного прогресса в плане производительности, но в настоящее время она ограничена в основном отсутствием высокоэффективных биологических материалов. Проект HU3DINKS может вызвать смену парадигмы в этой области, действительно имитируя клеточную среду человека как по архитектуре, так и по составу", - отметил Маркус Лунцер, специалист по материалам компании UpNano.

Проект получил грант в рамках инициативы "Международная исследовательская деятельность малых и средних предприятий" (IraSME), направленной на стимулирование трансграничного сотрудничества между странами-участницами. Консорциум HU3DINKS объединяет партнеров с уникальной взаимодополняющей экспертизой из Бельгии (финансируется VLAIO) и Австрии (финансируется FFG). Компания THT Biomaterials (Вена, Австрия) внесет свой уникальный вклад в разработку материалов, полученных из плаценты человека. Компания BIO INX (Гент, Бельгия) является экспертом в области разработки биочернил для различных технологий печати и отвечает за превращение материалов, полученных из плаценты человека от THT Biomaterials, в готовые к использованию печатные составы для различных технологий печати. Проект также поддерживают компании Morphomed (Вена, Австрия) с их технологией медицинского шелка и UpNano (Вена, Австрия), специалисты по разработке технологий био 3D-печати высокого разрешения на основе 2PP (био). Кроме того, Институт травматологии Людвига Больцмана (исследовательский центр в сотрудничестве с AUVA) будет отвечать за биологическую валидацию новых разработанных биочернил.

Проект HU3DINKS возглавляет консорциум экспертных компаний из Бельгии и Австрии. Успешное внедрение человеческих биочернил обещает произвести революцию в медицинских исследованиях и тестировании, согласовываясь с принципами европейской директивы 3R (2010/63/EU), ужесточающей требования к благополучию животных и распространяющей действие концепций улучшения (refinement), замещения (replacement) и уменьшения (reduction) (3R) на всю Европу по сокращению, замене и совершенствованию использования животных в научных целях.

Пресс-релиз