Исследователи из Лаборатории прикладных фотонных устройств (LAPD) инженерной школы EPFL, работая с коллегами из Утрехтского университета, разработали оптическую технику, с помощью которой можно всего за несколько секунд лепить ткани сложной формы в биосовместимом гидрогеле, содержащем стволовые клетки. Затем полученная ткань может быть васкуляризована путем добавления эндотелиальных клеток.
Команда описывает этот метод печати с высоким разрешением в статье, опубликованной в Advanced Materials. Этот метод изменит способ работы специалистов по клеточной инженерии, позволяя им создавать новое поколение персонализированных функциональных органов с биопечатью.
Печать бедра или мениска
Техника называется объемной биопечатью.
Чтобы создать ткань, исследователи направляют лазер на вращающуюся трубку, заполненную гидрогелем, содержащим стволовые клетки. Они формируют ткань, фокусируя энергию света в определенных местах, которые затем затвердевают. Спустя всего несколько секунд появляется сложная трехмерная форма, подвешенная в геле.
На стволовые клетки гидрогеля этот процесс в значительной степени не влияет. Затем исследователи вводят эндотелиальные клетки для васкуляризации ткани.
Исследователи показали, что можно создать тканевую конструкцию размером в несколько сантиметров, что является клинически полезным размером. Примеры их работы включают клапан, подобный сердечному клапану, мениск и часть бедренной кости сложной формы. Они также умели строить взаимосвязанные конструкции.
«В отличие от традиционной биопечати – медленного, послойного процесса – наша техника работает быстро и предлагает большую свободу дизайна, не ставя под угрозу жизнеспособность клеток», – говорит Дэмиен Лотери, исследователь LAPD и один из соавторов исследования.
Копирование человеческого тела
Работа исследователей меняет правила игры. «Характеристики тканей человека в значительной степени зависят от очень сложной внеклеточной структуры, и способность воспроизводить эту сложность может привести к ряду реальных клинических применений», – говорит еще один соавтор Пол Дельро. Используя эту технику, лаборатории могут массово производить искусственные ткани или органы с беспрецедентной скоростью.
Подобная воспроизводимость важна, когда дело доходит до тестирования новых лекарств in vitro, и может помочь избежать тестирования на животных – явное этическое преимущество, а также способ снижения затрат.
"Это только начало. Мы считаем, что наш метод по своей природе масштабируем для массового производства и может быть использован для производства широкого спектра моделей клеточной ткани, не говоря уже о медицинских устройствах и индивидуальных имплантатах », – говорит Кристоф Мозер, глава LAPD.
Исследователи планируют продать свою новаторскую технику через дополнительный доход.