Струйные принтеры могут печатать человеческие органы

Печать настоящего сердца на принтере – ещё фантастика, но может стать реальностью лет через пять-десять (иллюстрация с сайта people.clemson.edu).

- Доктор, я жить буду? — Спокойно, больной. Сейчас напечатаем вам новое сердце, и всё будет в порядке. Только вот драйвера переустановить надо, а то принтер чего-то барахлит. Да ещё картридж свежими клетками заправим. Через полчаса получите «моторчик» на замену.

Такой диалог может состояться гораздо раньше, чем вам кажется.

Во всяком случае, группа американских учёных уже научилась печатать с помощью переделанных старых струйных принтеров Hewlett Packard и Canon живые биологические объекты.

Старые модели принтеров использовались потому, что их относительно крупные отверстия распылителей не могли повредить клетки. Да, именно клетки использовались биологами вместо чернил.

Разумеется, для этого пришлось тщательно очистить картриджи от чернил обычных и несколько переделать конструкцию принтера. Да ещё потребовалось создать программное обеспечение для контроля над температурой, электрическим сопротивлением и вязкостью «живых чернил».

Столь необычный проект — плод сотрудничества Владимира Миронова (Vladimir Mironov) из медицинского университета Южной Каролины (Medical University of South Carolina) и Томаса Боланда (Thomas Boland) из университета Клемсона (Clemson University).

Точнее, на первое место нужно поставить Боланда, который придумал идею, начал исследование в своей лаборатории и увлёк им своего коллегу.

Вместе они доказали, что принтер способен с высокой скоростью наносить живые клетки на любую подходящую подложку.

Схема опыта Боланда и Миронова (иллюстрация с сайта newscientist.com).

Нечто подобное проделывали и ранее другие исследователи, пытаясь, например, наращивать слой за слоем кожу из культивированных клеток.

Только вот коллеги наших героев пытались осуществить это без использования струйного принтера. А он, как выяснилось, ускоряет процесс создания пласта клеток на много порядков.

Впрочем, печать «на плоскости» — лишь одна из сторон технологии, разрабатываемой, главным образом, для фантастической, как сейчас кажется, трёхмерной печати полноценных человеческих органов.

Трёхмерные клеточные структуры (трубки), напечатанные на принтере (фото с сайта people.clemson.edu).

Здесь в качестве «бумаги» учёные предполагают использовать экзотический термообратимый гель, созданный недавно Анной Гатовска (Anna Gutowska) из тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (Pacific Northwest National Laboratory).

Этот материал при температуре ниже 20 градусов Цельсия является жидкостью, а при нагреве выше 32 градусов — затвердевает. И, конечно, он совместим с биологическими тканями.

Команда уже провела несколько экспериментов, используя легко доступные клеточные культуры, типа клеток яичника хомяка.

Экспериментаторы печатали на стеклянной основе множество последовательных слоёв геля и клеток, показав, что таким путём можно буквально поклеточно создавать трёхмерные биологические объекты.

Так может выглядеть трёхмерная струйная печать кровеносного сосуда (иллюстрация с сайта radio.weblogs.com).

Идея опирается на ряд простых фактов. Клетки, напыляемые принтером, через некоторое время сами срастаются. Тончайшие слои геля не мешают им в этом, и, в то же время, придают конструкции прочность до того момента, как всё будет закончено.

Наконец, после того, как искомая пространственная комбинация клеток достигнута, и они соединились между собой — гель легко удалить с помощью воды.

Авторы исследования полагают, что трёхмерная печать листов кожи, различных органов, вплоть до сердца — это путь, который сможет обеспечивать больного, нуждающегося в пересадке органа (или пересадке кожи после ожога), всем необходимым в кратчайшее время.

Разумеется, исходные клетки для культивирования «живых чернил» будут взяты от самого пациента, так что проблемы с отторжением быть не должно.

Заметим, выращивание органов из клеток пациента — горячая тема во многих лабораториях. Однако все существующие методы предполагают, что такое выращивание, если его и удастся осуществить (первые опыты с почками уже проводятся) — будет занимать многие недели. А это — риск для пациента не дождаться операции.

Принтер мог бы напечатать орган невообразимо быстрее. Кстати, очевидно, что сложные органы состоят из разного вида клеток. Как быть с этим? Очень просто, отвечают авторы идеи — ведь и в обычных принтерах предусмотрена многоцветная печать.

Так и здесь — в отдельные картриджи на печатающей головке нужно будет заправить разные клетки, и вперёд — компьютер будет наносить их слой за слоем в нужном порядке.

Прежде, чем эта технология придёт в медицину, исследователям нужно будет решить ряд проблем. Например — жизнеобеспечение клеток в глубине создаваемого органа.

Томас Боланд, изобретатель биологического принтера и, собственно, сам аппарат (фотографии с сайтов ces.clemson.edu и people.clemson.edu).

Очевидно, это станет возможным, если принтер сможет создавать все его структуры, включая сосуды и капилляры. Весь орган должен быть напечатан в течение всего нескольких часов, и в новые слабенькие сосуды уже нужно подавать питательные вещества, кислород, иначе клетки погибнут.

Авторы полагают, что решат эту задачу. Для ускорения срастания клеток и укрепления молодых сосудов они предполагают добавить в «рецептуру» чернил белок-коллаген.

Попутно так будет развит и метод печати крупных сосудов, которые можно было бы использовать в хирургии на сердце.

По прогнозу учёных, путь принтеров, печатающих органы, от лаборатории в клиники займёт несколько лет. При этом принтеры можно будет проектировать уже с нуля, специально под эту задачу.

Перспективы, которые тогда откроются — завораживают. Главное, чтобы при обновлении драйверов к такому принтеру, не заполучить компьютерный вирус.



VentrAssist — полувечный двигатель для человеческого сердца

3 июня 2004

Полимерный бандаж с клеточной культурой заживляет раны

26 мая 2004

Насосы космических челноков перекачивают человеческую кровь

6 апреля 2004

Медицинские нанороботы осваивают язык живых клеток

27 февраля 2004

Впервые разработан робот на мускульной тяге

26 февраля 2004