Loading

Трехмерная печать позволит производить органы по требованию

Создано 29.09.2013 19:24
Автор: Евгений

Трехмерная печать позволит производить органы по требованию
В один прекрасный день неизлечимо больные пациенты получат орган, созданный из их же собственных клеток, не выстаивая длинную очередь из тех, кто ожидает дефицитные поставки органов для трансплантации. Такая футуристическая мечта остается отдаленной от реальности, но университетские лаборатории и частные компании, используя технологии трехмерной печати, предпринимают первые аккуратные шаги в создании маленьких кусочков органов.
Регенеративная медицина уже справилась с такими задачами, как имплантация пациентам выращенной в лаборатории кожи, сосудов и мочевых пузырей. Эти части тела медленно развивали при помощи комбинации искусственных материалов и живых человеческих клеток. В сравнении, технологии трехмерной печати предлагают целый ряд преимуществ, например, гораздо более высокая скорость и компьютерная точность распечатывания слоя за слоем живых клеток для создания новой кожи, частей тела и, в конечном итоге, целых органов, таких как сердце, печень и почки.

«Биопечать органов для дальнейшего использования в человеческом теле – это вряд ли ближайшая перспектива, - рассказывает Тони Атала, директор американского института регенеративной медицины. – А вот что касается созданных вручную тканей, которые уже имплантировались пациентам, то сейчас мы оглядываемся и думаем, что, очевидно, с трехмерной печатью могли бы достичь лучших результатов».
От кожи к сердцу
По словам Тони Атала, существует около четырех уровней сложности в сфере создания органов при помощи трехмерной печати. Плоские структуры, такие как человеческая кожа, состоящие, в основном, из одного вида клеток, представляют собой наипростейшие для создания органы. На втором по сложности месте трубчатые структуры из двух основных видов клеток, как, например, кровеносные сосуды.
Третий уровень сложности включает полые органы, такие как желудок или мочевой пузырь, и все они, взаимодействуя друг с другом, выполняют более сложные функции. И наконец, в четвертой по сложности группе находятся такие органы, как сердце, печень и почки, и именно они являются конечной целью исследователей в сфере биопечати.Трехмерная печать позволит производить органы по требованию
«При помощи методов биопечати мы движемся к четвертому уровню сложности точно так же, как мы делали с другими органами, - рассказывает Атала. – Мы работаем с плоскими структурами, как кожа, затем переходим к трубчатым образованиям, вроде кровеносных сосудов, а после беремся за полые, нетрубчатые органы, такие как мочевой пузырь».
Регенеративная медицина уже продемонстрировала способность имплантировать пациентам выращенные в лаборатории варианты первых трех видов органов. Тони Атала и другие исследователи надеются, что трехмерная печать сможет эффективно нарастить производство таких органов для широкого использования, а также поможет создать сердце, печень и почки, которые можно пересадить пациентам.
Как распечатать орган
Ранее ученые под руководством Атала создавали органы в лаборатории путем формирования искусственной каркасной структуры в форме желаемого органа, а затем заполнения ее живыми клетками. Они использовали эту технологию для выращивания искусственных мочевых пузырей, впервые пересаженных пациентам в 1999 году, а на протяжении последнего десятилетия ученые создавали трехмерный принтер, способный распечатывать и каркас, и живые клетки одновременно. Для этого процесса необходим жидкий «клей», по мере высыхания затвердевающий до консистенции липкой конфеты.
Специалисты других лабораторий считают, что могут обойтись без искусственных каркасов, используя природную склонность живых клеток к самоорганизации. Это позволяет избежать сложностей в выборе каркасного материала, который может в конечном итоге раствориться, не повлияв на живые клетки, но при этом оставить изначальную структуру в сложной ситуации, лишив ее формообразующей опоры.
«Располагая клетки в правильных местах, не следует начинать с какой-либо опорной структуры, - подчеркивает Кейт Мерфи, исполнительный директор молодой американской компании «Organovo». – По нашему мнению, основная задача для решения – это устойчивость и целостность структуры».
Ученые компании «Organovo» экспериментировали с созданием крошечных кусочков печени, формируя для начала «строительные блоки» с необходимыми клетками. Затем трехмерные принтеры фирмы располагали эти блоки слоями, содействующими совместному росту живых клеток.
Стволовые клетки, взятые из жировой клетчатки или костного мозга пациента, могут предоставить материал для создания органа методом трехмерной печати, который тело не отторгнет, отмечает Кейт Мерфи. Его компания работала над получением стволовых клеток из жировой клетчатки в сотрудничестве со Стюартом Вильямсом, исполнительным директором американского Института кардиоваскулярных инноваций.
Мельчайшие детали
Способность распечатывать полноразмерные функционирующие органы требует четких идей о том, как заполнять их крупными и мелкими кровеносными сосудами для снабжения богатой питательными веществами кровью и поддержания жизнеспособности тканей. До сих пор ни одной лаборатории не удалось методами трехмерной печати создать органы с сетью кровеносных сосудов, способных обеспечивать их.
Компания «Organovo» начала разработки с целью решения этой проблемы, экспериментируя с распечатанными кровеносными сосудами толщиной от 1 миллиметра. Кроме того, компания создала ткани, содержащие крошечные кровеносные сосуды меньше 50 микрон (1 миллиметр равняется 1 000 микрон), которых достаточно для жизнеобеспечения кусочка органа толщиной миллиметр.
Даже у лучших трехмерных принтеров есть ограничения при создании кровеносных сосудов и органов в мельчайших масштабах. Но Стюарт Вильямс, руководивший проектом Института кардиоваскулярных инноваций по трехмерной печати сердца, согласен со специалистами «Organovo» в том, что решение должно основываться на склонности живых клеток к самоорганизации.
«Мы будем распечатывать предметы порядка десятых или даже сотых микрона величиной, после чего клетки будут проходить свой биологический путь развития для правильной самоорганизации, - отмечает Вильямс. – Трехмерная печать проведет нас лишь до середины пути».
Вопросы помимо имплантации органов
На данный момент специалисты в области биопечати надеются с толком использовать даже мельчайшие органы, созданные методом трехмерной печати. Лаборатория Тони Атала недавно получила финансирование от Министерства обороны США с целью внедрения совместного проекта по распечатыванию маленьких сердец, печени и почек для создания в комплексе электронного организма. Такое устройство идеально для испытания медикаментов, а также изучения влияния болезней или химического оружия на человеческий организм.
Компания «Organovo» уже начала разрабатывать модель печени, распечатанной на трехмерном принтере, для изучения безопасности и эффективности медикаментов. Кроме того, специалисты фирмы создают различные варианты моделей живой ткани для испытания препаратов от рака.
Революция в биопечати в течение 10-15 лет непременно позволит создавать ткани на заказ, считает Кейт Мерфи. Может, это и не воплотит самые смелые мечты в сфере имплантации органов, но для многих пациентов такие открытия могут оказаться настоящим спасением.
«Мы непременно увидим заплату для сердечной мышцы, искусственный кровеносный сосуд для шунтирования и имплантат, соединяющий разрыв в нервных окончаниях», - уверен ученый.

Источник: Livescience

Комментарии: