11.11.2024

Прорыв в области биопечати заключается в использовании акустических волн для создания выращенных в лабораторных условиях человеческих тканей

Метод позволяет за считанные минуты создать основу для культивирования мозгового вещества, хрящей и костей.

Исследователи часто тестируют экспериментальные фармацевтические методы лечения, используя выращенные в лаборатории человеческие ткани . К сожалению, создание этих материалов может быть сложным и дорогостоящим, что заставляет многих исследователей обращаться к альтернативным подходам, таким как 3D-биопечать — сама по себе медленный и кропотливый процесс. Теперь, однако, новая система печати показывает перспективы для значительного сокращения времени, необходимого для создания образцов тканей лабораторного качества. И вместо того, чтобы наслаивать тонкий клеточный материал, инструмент использует акустические волны для сборки широкого спектра биологических компонентов.

Группа биомедицинских инженеров из лаборатории Collins BioMicrosystems при Мельбурнском университете недавно разработала новую машину, способную выполнять то, что они называют «динамической интерфейсной печатью». Как подробно описано в исследовании, опубликованном в журнале Nature , 3D-биопринтер уже может производить образцы от мягкого мозгового вещества до более плотных костей и хрящей, преодолевая при этом многие существующие в отрасли препятствия.

«Точно так же, как для правильного функционирования автомобиля его механические компоненты должны быть точно организованы, так и клетки в наших тканях должны быть организованы правильно», — сказал Дэвид Коллинз, глава лаборатории Collins BioMicrosystems, в университетском профиле . «Современные 3D-биопринтеры зависят от естественного выравнивания клеток без руководства, что создает существенные ограничения. К этим проблемам часто относятся случайное повреждение клеток во время печати, а также ограничения по сложности структуры ткани».

«Неправильное расположение клеток — главная причина, по которой большинство 3D-биопринтеров не могут создавать структуры, которые точно воспроизводят ткани человека», — добавил Коллинз.

Стандартная биопечать в настоящее время также требует двухэтапного процесса. Сначала оборудование медленно строит структуру из живых клеток слой за слоем, часто в течение нескольких часов. Такое количество времени часто ставит под угрозу жизнеспособность клеток из-за их воздействия в лаборатории. После завершения исследователи должны физически перенести ткани из принтера на лабораторные пластины для визуализации и анализа. Этот последний этап часто приводит к повреждению клеточных культур, что делает их бесполезными.

Однако 3D-принтер его команды предлагает альтернативу, которая и безопаснее, и более настраиваема, и гораздо быстрее. В отличие от большинства стратегий 3D-печати, новое устройство использует звуковые волны для вибрации микроскопических пузырьков в желаемых направлениях для размещения определенных клеток. После размещения на месте исследователи могут манипулировать этими базовыми структурами, чтобы они росли и созревали в более сложные человеческие ткани.

Скорость, с которой биопринтер выполняет эти задачи, также экспоненциально быстрее, чем 3D-принтеры на основе слоев. Примерно в 350 раз быстрее традиционных вариантов, новый метод занимает всего несколько секунд, чтобы завершить работу. Еще одно преимущество заключается в его способности печатать непосредственно на лабораторной пластине, гарантируя, что наросты тканей остаются нетронутыми, стерильными и менее подверженными повреждениям. Исследователи из Мельбурнского университета полагают, что при дополнительных испытаниях и улучшениях медицинские учреждения могут однажды обладать 3D-биопринтерами, способными использовать собранные клетки пациента для производства сотен миниатюрных моделей его конкретного заболевания всего за несколько минут.

Эндрю Пол.