Исследователи разрабатывают био-чернила из желатина для 3D печати тканей и органов человека

Несмотря на достижения в области медицинских технологий, спрос на пересадку органов и тканей по-прежнему значительно превышает число доноров. Предмет исследования последних нескольких лет звучит просто как мечта о будущем: печать тканей и органов. Немецкие исследователи разработали новые желатиновые био-чернила, которые могут быть использованы в технологии 3D печати для производства искусственных тканей.

Исследователи из института межфазной инженерии и биотехнологий Фраунгофера (IGB) в Штутгарте, Германия, добились успеха в разработке подходящих для 3D-печати био-чернил, которые состоят из компонентов природного матрикса и живых клеток. Субстанция основана на хорошо известном биологическом материале - желатине. Желатин получают из коллагена, основного компонента природных тканей.

Исследователи химически модифицировали гелеобразующие свойства желатина адаптировав биологические молекулы для печати. Вместо того, чтобы образовавать гель как немодифицированный желатин, био-чернила остаются жидкими в процессе печати.

После того, био-чернила облучают ультрафиолетовым светом, они отвердевают образкя гидрогели. Эти полимеры содержат огромное количество воды (как ткани) и стабильны в водной среде, а также при нагревании до физиологической температуры 37°С, средней температуры человеческого тела.

Исследователи могут контролировать химическую модификацию молекул, так что в результате гели могут иметь различные свойства и характеристики набухания, поэтому можно повторять свойства природных тканей - от твердого хряща до мягкой жировой ткани.

В Штутгарте исследователи также печатают синтетические материалы, которые могут служить в качестве заменителей внеклеточного матрикса.

«Мы концентрируем внимание в данный момент на «натуральном» варианте. Даже если потенциал синтетических гидрогелей большой, мы все еще должны узнать немало о взаимодействиях между искусственным веществами и клетками/тканями. Наш вариант на основе биомолекул обеспечивает клетки природной средой и, следовательно, может способствовать самоорганизации напечатанных клеток, формируя функциональную модель ткани», объясняет доктор Кирстен Бохерс.

Принтеры в лаборатории в Штутгарте имеют много общего с обычными офисными принтерами. Различия видны только при ближайшем рассмотрении. Например, нагреватель на контейнере с чернилами, который задает правильную температуру для био-чернил.

Для исследователей большой проблемой на данный момент является создание васкуляризированной ткани, которая имела бы свою собственную систему кровеносных сосудов, через которую бы ткань снабжалась питательными веществами. IGB работает над этим совместно с другими партнерами при поддержке Европейского Союза в рамках проекта ArtiVasc 3D, разрабатывая технологическую платформу для создания мелких кровеносных сосудов из синтетических материалов для получения искусственной кожи с подкожной жировой клетчаткой.

«Этот шаг очень важен для печати тканей или целых органов в будущем. Как только мы добьемся успеха в производстве тканей, которые могут питаться через систему кровеносных сосудов мы сможем печатать более крупные объекты», говорит Бохерс.

Андрей Свирид