Технологии выращивания органов в лабораторных условиях – одна из целей тканевой инженерии, которой еще предстоит достичь. Однако новые исследования, проведенные Гарвардским институтом биологической инженерии Висса и Гарвардской школы инженерных и прикладных наук Джона А. Полсона (SEAS), приблизили эту цель к реальности благодаря новому методу 3D-печати, названному co-SWIFT.
Новый метод 3D-печати позволяет создавать сети взаимосвязанных кровеносных сосудов. Они обладают выраженной оболочкой из гладкомышечных клеток и эндотелиальных клеток и являются полыми внутри, благодаря чему внутри может протекать жидкость. Созданная сосудистая архитектура в точности повторяет структуру естественных кровеносных сосудов и представляет собой значительный прогресс на пути к имплантации искусственных органов.
Главным новшеством разработки стала уникальная насадка для 3D-принтера типа «сердцевина–оболочка». Она имеет два независимых канала для подачи жидкости: коллагеновый для создания оболочки сосуда и желатиновый для внутренней части. Конструкция принтера позволяет насквозь проколоть напечатанный сосуд и создать взаимосвязанные с ним ответвления в достаточном количестве для обеспечения тканей и органов кислородом. Размер сосудов можно менять во время печати за счет изменения скорости печати или скорости подачи чернил.
В ходе эксперимента команда исследователей напечатала кровеносные сосуды на прозрачной гранулированной гидрогелевой матрице, а затем на новой матрице uPOROS, состоящей из пористого материала на основе коллагена, который схож с плотной волокнистой структурой мышечной ткани. В результате нагрева матрицы коллагеновая оболочка запечаталась, а желатиновая сердцевина расплавилась. После извлечения желатина ученые получили полую сосудистую сеть.
В рамках следующего этапа команда повторила процесс печати с использованием чернил, в состав которых были добавлены гладкомышечные клетки, выстилающие верхний слой кровеносных сосудов человека. В желатиновый состав сердцевины были введены эндотелиальные клетки, образующие внутренний слой кровеносных сосудов человека. Спустя семь дней оба вида клеток оставались живыми и выполняли функцию стенок сосудов. После этого ученые провели исследование с использованием живой ткани. Они создали сотни тысяч блоков для создания сердечной ткани – крошечные сферы из клеток сердца, сжатые в плотную клеточную матрицу. Затем с помощью нового метода co-SWIFT они напечатали в сердечной ткани биомиметическую сосудистую сеть, удалили материал из сердцевины и обработали внутреннюю поверхность созданных сосудов.
Биомиметические сосуды не только сохранили характерную для кровеносных сосудов структуру, но и спустя пять дней перфузии жидкостью, имитирующей кровь, начали синхронно сокращаться подобно живым человеческим тканям. Кроме того, они реагировали на такие препараты, как изопротеренол, который вызывал учащение сокращений, и блеббистатин, который приводил к снижению числа сокращений. Также команда напечатала на 3D-принтере модель ответвления сосудистой сети левой коронарной артерии реального пациента, продемонстрировав потенциал нового метода для персонализированной медицины.
Фото: Wyss Institute at Harvard University
Источник: 7 августа 2024 г., https://www.sciencedaily.com/releases/2024/08/240807225648.htm