Ученые создали 3D-биопринтер, который может печатать полимерные формы с живыми клетками сквозь различные ткани. Исследователям удалось напечатать под кожей живой мыши структуру в форме уха, а также заживить закрытую рану с помощью заплатки со стволовыми клетками.
Об этом сообщается в журнале Science Advances.
Ученые из Бельгии, Китая и США под руководством Малин Гоу (из Сычуаньского университета создали технологию 3D-биопечати на основе фотополимеризации в ближнем инфракрасном диапазоне. Устройство с системой микрозеркал направляет луч лазера сквозь кожу и запускает полимеризацию мономерных биосовместивых чернил в нужной точке. Наноинициаторы реакции собирают из двух слоев: внуренняя часть частиц поглощает инфракрасный свет и испускает его в ультрафиолетовом диапазоне, а наружный слой состоит из фотоинициатора, который поглощает весь ультрафиолет и полимеризует мономеры в гидрогель.
Для начала с помощью системы напечатали различные гидрогелевые фигуры, в том числе сквозь кожу мыши или мышечную ткань свиньи толщиной 0,5 миллиметра и даже in vivo через кожу живой мыши. В последнем случае перед печатью животным подкожно вводили раствор мономеров, а в течение недели после процедуры оценивали состояние окружающих тканей.
Как напрямую, так и через живые ткани in vitro или in vivo удалось напечатать фигуры разнообразных форм. За неделю гидрогелевая конструкция, напечатанная под кожей мыши, не вызвала повреждения или воспаления окружающих тканей.
Авторы работы предположили, что технологию можно использовать для восстановления ушной раковины при ее дефектах (врожденных или полученных в результате травмы). Искусственное человеческое ухо с живыми клетками напечатали in vitro, а затем технологию опробовали на мышах. Для воспроизведения правильной формы здоровую копию уха отразили зеркально. Затем в мономерный раствор добавили хондроциты (клетки хряща) и сквозь кожу полимеризовали его в форме уха. Выживаемость клеток оценили через семь дней с помощью флуоресцентного окрашивания живых хондроцитов, а затем структуру такой же формы напечатали под кожей живой мыши.
В культуре внутри искусственного уха через семь дней осталось в живых больше 80 процентов хондроцитов. In vivo же подкожное гидрогелевое ухо сохранило свою форму в течение месяца, а хондроциты выжили в полимерных лакунах и выделяли коллаген.
Наконец, 3D-биопечать применили для залечивания закрытых травм с повреждением мягких тканей. Для этого внутри закрытой раны мышечной ткани напечатали полимерный скелет из раствора со стволовыми клетками жировой ткани. Через 10 дней ученые проанализировали заживление раны и формирование мышечной ткани по сравнению с контрольными животными, травмы которых никак не лечили.
Рана, в которой напечатали подходящую по форме гидрогелевую заплатку со стволовыми клетками, за 10 дней затянулась на 80 процентов, а у контрольных животных — лишь на 40 (p 0,05). Мышечная ткань у мышей экспериментальной группы восстановилась значительно лучше, чем в контрольной. Авторы работы резюмировали, что после дополнительных исследований созданная ими технология найдет широкое применения в медицине, от исправления дефектов органов до заживления ран.
Ранее сообщалось, что американские биологи пересадили крысам реконструированную печень: каркас в ней был крысиным, а все типы клеток — человеческими. Они прижились у нескольких крыс и существовали в их организме в течение нескольких дней.