Вместо «строительных лесов», которые поддерживают структуру желаемого органа или ткани, ученые из США использовали гидрогелевые шарики, внутри которых печатается искусственный орган. Такие временные «ванночки» позволяют напечатанным клеткам легко соединяться без дополнительного каркаса, сообщается на сайте Иллинойского университета в Чикаго. Статья с результатами опубликована в журнале Materials Horizons.
«Строительные леса» для печати клеток помогают получить искусственный орган или ткань нужной структуры и формы. Однако эта поддержка часто дорого обходится. В конечном счете каркас должен разрушиться и исчезнуть, но это не всегда происходит вовремя: разложение каркаса может произойти раньше или позже того момента, когда орган полностью созреет. К тому же иногда побочные продукты этого разрушения могут быть токсичными. Еще один минус: «леса» могут мешать развитию межклеточных связей, которые важны для формирования функциональных тканей.
Команда ученых из Иллинойского университета в Чикаго нашла альтернативу. Теперь биологические «чернила» для 3D-печати состоят только из стволовых клеток – клеток, которые могут трансформироваться в любые клетки организма, – без каких-либо вспомогательных примесей. Добиться же нужной структуры органа или ткани помогает «ванна» из гидрогелевых шариков микронного масштаба. Сопло принтера – его «чернильное перо» – «протыкает» шарики и печатает клетки прямо внутри них. При этом гидрогель не сопротивляется движению сопла: «перо» движется в веществе как в киселе. Гелевые шарики поддерживают клетки во время печати, удерживают их на месте и сохраняют их форму.
Когда процесс печати закончится, гидрогелевые шарики подвергаются воздействию ультрафиолетового света, который сшивает шарики вместе, фактически замораживая их. Это позволяет печатным клеткам соединяться друг с другом, созревать и расти в стабильной структуре. Вещество, которое омывает клетки, легко перетекает через сшитые гелевые шарики. При необходимости его можно заменить новой партией, чтобы обеспечить клетки свежими питательными веществами и удалить отходы, произведенные клетками. Гранулы гидрогеля можно удалить, слегка встряхнув, либо подождать, пока они разрушатся сами – и проконтролировать этот процесс.
Авторы новой технологии напечатали хрящ уха и маленькую копию бедренной кости (размером с грызуна) в ванночке из гидрогелевых бусин. Клетки, которые они печатали, были способны образовывать стабильные связи через специализированные белки.
«Впервые конструкции, состоящие только из клеток, могут быть напечатаны в сложных формах, которые состоят из клеток разных типов, без носителя гидрогеля или традиционного каркаса. Мы продемонстрировали, что клеточные структуры могут быть организованы и собраны с помощью этой стратегии», – говорит руководитель исследовательской группы, профессор Эбен Альсберг (Eben Alsberg).
Новый метод поможет в будущем получить более крупные функциональные ткани, которые могут быть полезны для тканевой инженерии, регенеративной медицины, скрининга лекарств. Их также можно будет использовать в качестве модели для изучения биологии развития.
[Фото: UIC]
