3D-печать давно перестала быть инструментом только для инженеров и дизайнеров. Сегодня с ее помощью ученые решают одну из самых сложных задач медицины — создание живых тканей. Если обычный принтер работает с пластиком или металлом, то биопринтер использует настоящие клетки, смешанные с питательным гелем. Технология, которую еще недавно описывали только фантасты, уже позволяет восстанавливать поврежденные хрящи и даже создавать импланты ушных раковин. Вместе с Андреем Мошиным, преподавателем кафедры процессов и аппаратов химических технологий РТУ МИРЭА, разбираемся, как биопечать меняет регенеративную медицину.
Как работает биопринтер
Представьте обычный 3D-принтер, только вместо пластиковой нити в нем используется шприц с живой субстанцией. «Это и есть биопринтер», — объясняет Андрей Мошин. Но если копнуть глубже, процесс оказывается сложнее аналогии с зубной пастой.
Создание органа начинается задолго до нажатия кнопки «Печать». Сначала ученые получают цифровую модель с помощью компьютерной томографии. Снимок позволяет заглянуть внутрь органа и разобрать его структуру вплоть до мельчайших сосудов. Затем модель нарезают на тончайшие слои — по ним принтер будет выстраивать объект.
Главный ингредиент — биочернила. «Это сложная система на основе гидрогелей — коллагена, альгината или гиалуроновой кислоты, — в которую помещены живые клетки пациента», — поясняет эксперт. Гель выполняет две функции: служит временным каркасом, не давая конструкции растечься, и создает для клеток среду, похожую на природную.
Методы печати тоже разные. Самый популярный — экструзионный: биочернила выдавливаются через тонкую иглу, как зубная паста из тюбика. Так можно создавать крупные объекты, но есть риск повредить клетки давлением. Альтернатива — струйная или лазерная печать, где клетки наносятся микрокаплями с ювелирной точностью.
Почему напечатанный орган — это только полуфабрикат
Главное заблуждение — считать, что из принтера сразу выходит готовый к пересадке орган. «На выходе из принтера мы получаем еще не готовую печень или почку, а лишь “полуфабрикат” — рыхлую конструкцию из клеток», — подчеркивает Мошин.
Самый важный этап наступает после печати. Конструкцию помещают в специальный биореактор. Это устройство создает идеальные условия: нужную температуру, давление и питательную среду. Внутри клетки начинают активно делиться, срастаться друг с другом и созревать, превращаясь в настоящую живую ткань.
Без этого этапа напечатанный объект останется просто набором клеток. Именно в биореакторе решается, приживется ли будущий имплант в организме.
Что ученые уже научились печатать
3D-биопечать — уже не эксперимент, а рабочий инструмент медицины. «Сегодня ученые по всему миру научились печатать простые ткани: кожу, хрящи, кровеносные сосуды», — перечисляет Андрей Мошин.
Российские исследователи тоже продвинулись в этом направлении. Эксперт приводит конкретный пример: созданы импланты ушных раковин, которые успешно прижились в ходе экспериментов.
Однако до печати сложных органов вроде сердца или печени пока далеко. Главная проблема — создать внутри объема сеть капилляров, чтобы доставить кислород и питание к каждой клетке. Без этого внутренние слои просто погибнут. Но темпы развития технологий позволяют надеяться, что решение этой задачи — вопрос не столетий, а ближайших десятилетий.
Ранее Наука Mail писала, в Перми нашли способ определить степень опасности раковых опухолей.
