Биоинженерия становится все более сложной и четко сформулированной. Используя только свет и биочернила, ученые смогли напрямую напечатать структуру, похожую на человеческое ухо, под кожей мышей.
Команда использовала здоровое ухо в качестве модели и напечатала трехмерное ухо, начиная с его зеркального отображения (слой ткани поверх слоя ткани) непосредственно на задней части мыши.
Все без единого хирургического разреза.
Если вас это немного смущает, я не могу вас винить: однако доказательство концепции поразительно. Команда показала, что можно создавать или реконструировать слои ткани, даже сложные, такие как ухо, без какого-либо хирургического имплантата.
Это означает, что однажды можно будет восстановить ухо или другое генетическое повреждение или повреждение ткани непосредственно в месте повреждения. Я видел такие вещи только в Star Trek и считал их одними из самых продвинутых.
3D биопечать, печать на свету
Технология 3D-биопечати на основе цифровой обработки света (DLP) привлекла большое внимание за последнее десятилетие из-за своей универсальности. В эта интересная статья профессионалов вы найдете исчерпывающий обзор предмета и его стадии искусства.
Основная идея состоит в том, чтобы ввести клетки, содержащие биочернила, в поврежденную ткань, а затем осветить эти «слепки», чтобы «активировать» клетки в биочернилах. В зависимости от типа клеток они могут восстанавливать поврежденный спинной мозг, нервные волокна или кровеносные сосуды.
в этом исследовании, опубликованный на прошлой неделе в журнале Science Advances, команда совершила прорыв в технике. Используя компьютерное проектирование, они разработали несколько форм и передали данные в цифровое устройство, которое генерировало «массив» инфракрасных лучей.
Эти лучи проникают в ткани и практически наращивают их изнутри.
В течение 20 секунд команда смогла создать основную форму человеческого уха на живой мыши. Ухо, напечатанное на 3D-принтере, сохраняло свою сложную структуру более месяца.
Нет скальпелей
Я подчеркиваю фундаментальную важность этих исследований, поскольку необходимость хирургических вмешательств является реальным ограничением тканевой инженерии.
Большинство прототипов ткани напечатан в 3D сегодня его производят в лаборатории, где ученые могут осуществлять более прямой контроль над ростом тканей.
У всех предпринятых подходов есть одна общая черта: в конечном итоге они требуют хирургического вмешательства. Ткань необходимо собрать и хирургическим путем вставить в поврежденный участок, поскольку операция может привести к повреждению имплантата и окружающих тканей. Последствия? От длительного пребывания в больнице до повторных операций, вплоть до удаления имплантата.
Волшебная палочка
В новом подходе, которому посвящена эта статья, я заявил, что ученые использовали «свет» для 3D-печати уха биочернилами. Как и при некоторых реконструкциях зубов, свет используется для «активации» клеток биочернил и их полимеризации. Таким образом, по сути, новую ткань можно печатать прямо на другой или даже под кожей.
Обычно для облегчения биопечати используется ультрафиолетовый или синий свет, но он мало проникает в ткани. И это также может привести к повреждению, ожогам зарождающихся и окружающих тканей.
Вместо этого инфракрасный свет может активировать биочернила и проникать глубоко в ткани. Поскольку различные пространственные узоры света можно регулировать, чтобы по-разному активировать биочернила, как внутри слоя, так и между слоями, команда использовала свет как долото.
В первом тесте всего за 15 секунд команда напечатала один слой структур в форме ракушек на внешней стороне тела. Затем они начали печатать на 3D-принтере самые разнообразные фигуры: трехслойный торт, пряничный человечек (без шуток), морскую звезду и другие.
3D печать внутри тела
После нескольких испытаний команда поставила перед собой большую цель: 3D-печать ткани непосредственно В организме. «Это немного сложнее», — объясняют исследователи, поскольку уровень кислорода внутри живого организма может препятствовать эффекту сшивки, а это означает, что чернила могут не затвердеть.
Суть в том, что команда нашла правильные длины волн. И в конце концов он создал модель уха для печати в 3D, а затем наполнил ее хондроцитами — клетками, составляющими структуру хряща уха.
Лучший способ излечиться?
Создание новых тканей — не единственное, на что способны технологии. Ткани также можно ремонтировать. В дополнительном исследовании команда обнаружила, что такой же подход может излечить серьезные травмы.
В другом тесте команда напечатала каркас, содержащий клетки, у мышей, страдающих мышечными травмами, и использовала свет для активации напечатанной ткани. В течение 10 дней мыши «продемонстрировали значительное закрытие ран» по сравнению с контрольной группой.
Собираем все вместе: Впервые ученым удалось регенерировать ткани организма, одновременно способствуя заживлению ран, без какого-либо хирургического вмешательства.
Конечно, между «3D-печатью человеческого уха на спинке мыши» и «регенерацией поврежденного уха» существует долгий путь, но исследование показывает, что это возможно.
