Пока не введён в медицинскую практику метод восстановления сердечной мышцы после инфаркта, единственным шансом для многих пациентов остаётся пересадка сердца. Донорских органов не хватает, тысячи людей ждут своей очереди на операцию. Работа коллектива учёных Университета Карнеги — Меллон приближает будущее, в котором для спасения больных с повреждённым сердцем доноры не будут так остро необходимы.
«Мы смогли взять полученные с помощью МРТ изображения коронарных артерий и объёмные изображения эмбриональных сердец и «напечатать» их на 3D-биопринтере с беспрецедентным разрешением и качеством из очень мягких материалов, таких как коллагены, альгинаты и фибрины», — рассказывает Адам Файнберг (Adam W. Feinberg), доцент кафедры материаловедения и биомедицинской инженерии Университета Карнеги — Меллон. Файнберг руководит научной группой, занимающейся регенеративной терапией и биоматериалами. О результатах работы группы 23 октября опубликована статья в журнале Science Advances.
Традиционные 3D-принтеры позволяют изготавливать твёрдые предметы, обычно из пластика или металла, и они работают, наращивая материал слой за слоем. Печать каждого слоя требует поддержки нижележащих слоёв, поэтому работа с мягкими материалами затруднена.
«3D-печать с использованием различных материалов — это общая тенденция в тканевой инженерии в последнее десятилетие, но до сих пор никто не разработал метод печати с использованием в качестве материала гелеобразного коллагена или фибрина», — отмечает Томас Хинтон (Thomas J. Hinton), ведущий автор исследования.
«Сложность работы с мягкими материалами в том, что они разрушаются под действием собственного веса, когда 3D-печать происходит в воздухе, — объясняет Файнберг. — Мы разработали метод печати, когда эти мягкие материалы находятся внутри поддерживающей ванны. По сути, мы печатаем один гель внутри другого геля, что позволяет нам точно позиционировать мягкий материал слой за слоем».
Одним из главных преимуществ новой техники является то, что поддерживающий гель может быть легко растоплен и удалён при нагревании до температуры тела, что не повредит нежные биологические молекулы или живые клетки, которые были использованы для биопечати. Следующим шагом исследовательской группы будет использование реальных клеток сердца в этих 3D-печатных тканевых структурах, для того, чтобы сформировать сократительные мышцы.
Работы по развитию биопечати ведутся широко, но на сегодняшний день большинство 3D-биопринтеров очень дорогие — их стоимость 100 000 долларов и выше. Работа с этой техникой требует специальных знаний, всё это ограничивает распространение и замедляет развитие технологии. Группе Файнберга удалось создать 3D-принтеры, которые стоят меньше 1000 долларов, в них используется программное обеспечение с открытым исходным кодом.
«Не только низкая стоимость, но и программное обеспечение с открытым исходным кодом для тонкой настройки параметров печати оптимизирует то, что мы делаем, и максимизирует качество того, что мы печатаем», — говорит Файнберг.
