Что такое биопечать?

Биопечать — это процесс аддитивного производства, при котором искусственные части тела создаются из нитей живых клеток. Обычно эти нити биоматериала (называемые биочернилами) экструдируются слой за слоем для создания синтетической биомедицинской детали, аналогично 3D-печати. Идея состоит в том, чтобы создать биомиметические структуры, которые точно повторяют те, которые естественным образом возникают в нашем организме. На данный момент биопечать позволяет создавать живые ткани, кости и кровеносные сосуды с целью в конечном итоге создавать целые органы с нуля.

Биопечать — это процесс создания трехмерных клеточных структур из биочернил. Он используется для создания функциональных биологических копий частей тела, таких как живые ткани, кости и кровеносные сосуды.

При 3D-печати принтер можно использовать для создания инструментов и конструкций, таких как технические аксессуары, украшения или игрушки, из металлов, пластика или керамики.

«Биопечать делает еще один шаг вперед», — сказал Райан Крик, сертифицированный врач с опытом регенеративной медицины в биотехнологических стартапах. «Печать» осуществляется с использованием биологически полученных материалов, которые затем могут воспроизводить некоторые свойства конкретных тканей организма».

Биопринтинг считается авангардом регенеративной медицины и, вероятно, будет использоваться для ремонта или восстановления поврежденных и больных тканей. В настоящее время его тестируют в лабораторных исследованиях для испытания лекарств и изучения методов лечения. Буквально в прошлом году хирурги из Сан-Антонио, штат Техас, стали первой командой, имплантировавшей человеку 3D-биопечатную структуру — ухо, выращенное из собственных клеток пациента.

Чтение по темеШесть применений 3D-печати в медицине

Прежде чем начнется фактическая печать, необходимо взять биопсию органа. Определенные «желательные» клетки изолируются, а затем размножаются посредством процесса культивирования, который способствует росту в искусственной среде. В зависимости от проекта выделяются определенные типы ячеек. Например, если исследователь захочет изготовить мениск, для этой работы потребуются клетки фиброзного хряща.

Затем эти клетки будут смешаны с раствором гидрогеля, который обеспечивает клетки кислородом и питательными веществами, поддерживающими их жизнь, и загружены в картридж.

«Составы биочернил обычно изготавливаются из [комбинации биоматериалов], которые помогают клеткам расти и созревать как ткани», — объяснил Дидарул Бхуян, ученый в области биоматериалов и тканевой инженерии из West Pharmaceutical Services. Эти биоматериалы обычно включают в себя различные биополимеры, белки и факторы роста. Вместе они помогают построить каркас, который затем заселяют живые клетки.

Тем временем создается цифровой чертеж с использованием файла системы автоматизированного проектирования (САПР), который разделяет объект на тонкие слои. Это подготавливает трехмерную структуру как набор инструкций, которые строят объект снизу вверх.

На данный момент проект готов к печати. Сопло, управляемое роботизированной рукой, перемещается горизонтально вдоль оси XYZ, выдавливая нить, следуя чертежу файла САПР. Слой за слоем биочернила создают окончательную структуру на поддоне или жидкой основе.

Хотя некоторые биоматериалы могут отверждаться в режиме реального времени, другим может потребоваться более тщательный уход in vivo, чтобы обеспечить полную функциональность и общую жизнеспособность клеток. На этапе постпроизводства биопечатные структуры можно поместить в биореакторы для оптимального созревания тканей, васкуляризации и стабильности. В зависимости от сложности биомедицинской части этот последний этап может занять недели или даже месяцы.

Выше описан наиболее распространенный метод биопечати, который называется экструзией материала. Другие методы включают струйную 3D-биопечать, при которой детали создаются из капель, и стереолитографию — метод, который отверждает объект, проецируя ультрафиолетовый свет через чан со смолой.

Ни для кого не секрет, что создание целых функциональных органов — это святой Грааль биопечати.

Вот почему исследователи из Университета Сан-Паулу в Бразилии изучили возможность использования клеток крови для разработки миниатюрных версий человеческой печени, производящих жизнеспособный орган всего за 90 дней. «Печеночные органоиды» могут производить жизненно важные белки, хранить витамины и выделять желчь.