информационный портал по вопросам биомедицинской инженерии

Сейчас на сайте 0 пользователей и 1 гость.

Вход в систему

аватар: Вдовина Елена Павловна

Хирурги, которые занимаются пересадкой человеческих органов, надеются, что однажды они смогут по первому запросу получить все необходимые для пересадки органы. Благодаря искусственным органам, можно было бы не только облегчить страдания пациентов, но и сохранить человеческие жизни. Теперь, с появлением первого коммерческого 3D биопринтера, эта возможность может стать реальностью.

Что такое ЗD биопринтер?

3D-биопринтер – биологическая вариация технологии reprap, устройство, способное создавать органы и ткани, послойно нанося клетки друг на друга.  В отличие от классического способа выращивания органов, биопечать не требует каркаса, на который «усаживаются» клетки, что является неоспоримым плюсом, так как каркас может стать инициатором воспаления созданного органа или ткани.

Биопринтер использует два типа «чернил» — клетки различных типов и вспомогательные материалы (коллаген, факторы роста, поддерживающий гидрогель), призванные укрепить создаваемую конструкцию до тех пор, пока между клетками не образуются естественные связи.

Создание биопринтера

Принтер стоимостью 200.000$ был разработан в результате сотрудничества двух компаний: Organovo, которая находится в Сан Диего и специализируется на регенеративной медицине, и машиностроительной Invetech, расположенной в Мельбурне. Один из основателей Organovo, Габор Форжак, разработал прототип, на котором основан новый 3D принтер.


Рисунок 1 - Модель печати  печени

Вначале будут создаваться только простые ткани, такие как кожа, мышцы и небольшие участки кровеносных сосудов. Однако, сразу после окончания испытания тестовых образцов, начнется производство кровеносных сосудов для операций, когда необходимо «прокладывать» новые сосуды для движения крови чтобы обойти поврежденные. После дальнейших исследований, можно будет производить более сложные органы. Поскольку машины способны печатать сети разветвленных сосудов, можно было бы, например, создавать сети кровеносных сосудов, необходимых для снабжения кровью таких искусственно произведенных органов как печень, почки, сердце.
 

История развития биопечати

3D биопринтер использует тот же принцип действия что и «обычные» 3D принтеры. 3D принтеры работают аналогично с обычными струйными принтерами, но печатают модель в трехмерном виде. Такие принтеры распыляют капельки полимера, которые сплавляются вместе, после чего образуют единую структуру. Таким образом, за каждый проход печатающая головка создает маленькую полимерную линию на объекте. В результате, шаг за шагом, предмет обретает свою окончательную форму. Полости в сложном объекте поддерживаются при помощи «подмостков» из специальных растворимых в воде материалов. Эти подмостки вымываются после того как объект будет полностью закончен.

Исследователи обнаружили, что аналогичный подход можно применить и к биологическим материалам! Если расположить крошечные участки клеток рядом друг с другом, они начинают как бы «сплавляться» вместе. В настоящее время исследуется ряд технологий, который бы позволил создавать человеческие органы из отдельных клеток, например, технология «накачивания» мышечных клеток при использовании маленьких машин.

Преимущество использования биопринтера состоит в том, что для его работы не нужна поддерживающая основа («подмостки»). Машина Organovo использует стволовые клетки, полученные из костного мозга. Из стволовых клеток можно получить любые другие клетки, используя различные факторы роста. 10-30 тысяч таких клеток формируются в маленькие капельки диаметром 100-500 микрон. Такие капельки хорошо сохраняют свою форму и прекрасно подходят для печати.

Рисунок 2 - ЗD принтер

Итак, первая печатающая головка фактически выкладывает капельки с клетками в нужном порядке. Вторая головка используется для распыления поддерживающего основания – гидрогеля на сахарной основе, который не взаимодействует и не прилипает к клеткам. Как только печать закончена, полученную структуру оставляют на один-два дня для того чтобы капли «сплавились» друг с другом. Для создания трубчатых структур, таких как кровяные сосуды, вначале наносится гидрогель (внутри и снаружи будущей структуры). После этого добавляются клетки. Как только сформируется орган, гидрогель снимается с наружной части (как кожура апельсина) и вытягивается из внутренней части, как кусочек веревки.

В биопринтерах можно использовать и другие виды клеток и поддерживающих оснований. Так, по словам господина Мерфи, клетки печени можно наносить на заранее сформированное основание, имеющее форму печени или можно формировать слои из соединительной ткани для создания зуба. При этом новый принтер обладает такими скромными габаритами, что его можно спокойно поставить в биологический шкаф для обеспечения стерильной среды в процессе печати.

Применение
Несмотря на то, что индустрия печати человеческих органов только зарождается, ученые уже могут похвастать успешными примерами создания человеческих органов «с нуля».

Мочевой пузырь
Так, в 2006 году Энтони Атала, вместе со своими коллегами из Wake Forest Institute for Regenerative Medicine в Северной Каролине, США, создали для семерых пациентов мочевые пузыри. Все они до сих пор функционируют.
Процесс создания мочевого пузыря происходил следующим образом. Вначале доктор брал крошечный образец ткани мочевого пузыря пациента (чтобы предотвратить отторжение новосозданного органа иммунной системой). Затем полученные клетки наносились на биологический мочевой пузырь, который представлял собой поддерживающую основу, имеющую форму мочевого пузыря нагретую до температуры человеческого тела. Нанесенные клетки начинали расти и делиться. После 6-8 недель мочевой пузырь был готов для имплантации пациенту.

Производство лекарств
Для того, чтобы производить вакцины, нужны лишь 3D-биопринтер и оцифрованный «рецепт», то есть информация о том, какие именно вещества и в каких пропорциях необходимо соединять. При этом биопринтеры можно было бы, по замыслу ученого, установить в клиниках и медицинских центрах по всему миру. Между тем, оцифрованные «рецепты» мгновенно пересылать по электронной почте. Впрочем, подчеркивается, что в работе с биопринтерами нужно будет соблюдать осторожность и обеспечить их безопасность, поскольку злоумышленники вполне могут попытаться взломать их и, как сообщается,  использовать для создания биологического оружия.

Изготовление протезов
С помощью 3D-печати уже можно изготавливать не только технологические детали, но и, например, элементы протезов, необходимые для использования в ортопедии или стоматологии. Так, в начале 2012 года 83-летней женщине из Голландии вместо челюсти, разрушенной раком, имплантировали титановую челюсть, отпечатанную целиком на 3D-принтере.

Напечатанные на трехмерном принтере элементы внешнего скелета помогают вернуться к практически полноценной жизни детям, больным артрогрипозом. Двухлетняя Эмма из Филадельфии с помощью конструкции, которую она называет «мои волшебные руки», получила возможность играть, рисовать и обнимать родителей.


Рисунок 3 -
«Волшебные руки» из принтера

Группа исследователей из Шотландии впервые использовала новую технику 3D-печати для пространственной организации человеческих эмбриональных стволовых клеток (ЭСК). Они разработали универсальную методику 3D-печати тканей с помощью стволовых клеток, которые затем можно перепрограммировать в любые необходимые клетки органов и тканей.
 

Использование специальных 3D-биопринтеров дает возможность печатать зубные протезы, лоскуты ткани. В качестве чернил используются клетки пациента. Сегодня пример такого принтера запустила в производство кампания Organovo. В будущем возможна печать не только отдельных тканей, но и целых функциональных органов, например, печени или почек.

Некоторые исследователи полагают, что такие машины  когда-нибудь смогут печатать ткани и органы прямо в человеческом теле! И, на самом деле, сейчас идет работа над принтером, который, после сканирования участка тела, где необходима пересадка кожи, сможет напечатать кожу прямо на человеческом теле!

Источники информации:
1.http://www.gazeta.ru/science/2013/02/06_a_4954461.shtml
2. http://www.dailytechinfo.org/medic/813-3d-bioprinter-organovo-sozdanie-novyx-organov-i.html
3. http://www.rk03.ru/medvideo/bioprinter/
4. http://www.gazeta.ru/science/2012/08/08_a_4716429.shtml
5. http://www.techhome.ru/News/49726

 

Комментарии

Отправить комментарий

Содержание этого поля является приватным и не предназначено к показу.
  • Доступны HTML теги: <a> <em> <strong> <cite> <code> <ul> <ol> <li> <dl> <dt> <dd> <img> <table> <td> <tr> <hr> <div> <span> <h1> <h2> <h3> <h4> <h5> <h6> <p> <pre> <adress> <center>
  • Строки и параграфы переносятся автоматически.

Подробнее о форматировании

6 + 2 =
Решите эту простую математическую задачу и введите результат. Например, для 1+3, введите 4.

Комментарии