3D-биопринтер напечатал ухо сквозь кожу мыши

Лазеры в медицине Комментарии к записи 3D-биопринтер напечатал ухо сквозь кожу мыши отключены

Ученые создали 3D-биопринтер, который может печатать полимерные формы с живыми клетками сквозь различные ткани, полимеризуя биосовместимую матрицу с помощью инфракрасного света.

Главное преимущество такого принтера — неинвазивность: чтобы напечатать полимерную деталь, необходимо лишь ввести в нужное место раствор-заготовку. В основе технологии лежат двухслойные наноинициаторы — их внутренняя часть поглощает инфракрасный свет и излучает ультрафиолетовый, а внешний слой под действием ультрафиолета запускает полимеризацию. Авторам статьи, опубликованной в журнале Science Advances, удалось напечатать под кожей живой мыши структуру в форме уха, а также заживить закрытую рану с помощью заплатки со стволовыми клетками.

3D-биопринтеры печатают трехмерные конструкции из биосовместимых материалов с живыми клетками, таким образом получают ткани и органы для трансплантации. У этой технологии есть большой потенциал в восстановительной хирургии, однако ее применение ограничено необходимостью инвазивной работы на открытых тканях и травмах. Чтобы открыть доступ к внутренним травмам, необходимо повредить окружающие ткани, поэтому предпочтительны неинвазвные методы; нужны они и в пластической хирургии.

Относительно неинвазивная биопечать возможна при фотополимеризации, когда жидкий материал затвердевает под действием света. Ультрафиолетовый и синий свет используют для печати тканей и органов, однако излучение в этом диапазоне не проникает глубоко в ткани. Альтернативной технологией может стать полимеризация под действием инфракрасного света — он проходит сквозь живые ткани и уже используется для контролируемого высвобождения лекарств, 3D визуализации и оптогенетики.

Ученые из Бельгии, Китая и США под руководством Малин Гоу (Maling Gou) из Сычуаньского университета создали технологию 3D-биопечати на основе фотополимеризации в ближнем инфракрасном диапазоне. Устройство с системой микрозеркал направляет луч лазера сквозь кожу и запускает полимеризацию мономерных биосовместивых чернил в нужной точке. Наноинициаторы реакции собирают из двух слоев: внуренняя часть частиц поглощает инфракрасный свет и испускает его в ультрафиолетовом диапазоне, а наружный слой состоит из фотоинициатора, который поглощает весь ультрафиолет и полимеризует мономеры в гидрогель.

Двухслойные наноинициаторы (шкала нижнего рисунка составляет 50 нанометров, верхнего — 20)

Yuwen Chen et al. / Science Advances, 2020

Для начала с помощью системы напечатали различные гидрогелевые фигуры, в том числе сквозь кожу мыши или мышечную ткань свиньи толщиной 0,5 миллиметра и даже in vivo через кожу живой мыши. В последнем случае перед печатью животным подкожно вводили раствор мономеров, а в течение недели после процедуры оценивали состояние окружающих тканей.

Как напрямую, так и через живые ткани in vitro или in vivo удалось напечатать фигуры разнообразных форм. За неделю гидрогелевая конструкция, напечатанная под кожей мыши, не вызвала повреждения или воспаления окружающих тканей.

Фигуры, созданные с помощью полимеризации ближним инфракрасным светом. Yuwen Chen et al. / Science Advances, 2020

Авторы работы предположили, что технологию можно использовать для восстановления ушной раковины при ее дефектах (врожденных или полученных в результате травмы). Искусственное человеческое ухо с живыми клетками напечатали in vitro, а затем технологию опробовали на мышах. Для воспроизведения правильной формы здоровую копию уха отразили зеркально. Затем в мономерный раствор добавили хондроциты (клетки хряща) и сквозь кожу полимеризовали его в форме уха. Выживаемость клеток оценили через семь дней с помощью флуоресцентного окрашивания живых хондроцитов, а затем структуру такой же формы напечатали под кожей живой мыши.

Процесс создания искусственного уха: форму настоящего уха отображают зеркально, а затем печатают на 3D-биопринтере. Справа — живые хондроциты через неделю после печати

Yuwen Chen et al. / Science Advances, 2020

В культуре внутри искусственного уха через семь дней осталось в живых больше 80 процентов хондроцитов. In vivo же подкожное гидрогелевое ухо сохранило свою форму в течение месяца, а хондроциты выжили в полимерных лакунах и выделяли коллаген.

Наконец, 3D-биопечать применили для залечивания закрытых травм с повреждением мягких тканей. Для этого внутри закрытой раны мышечной ткани напечатали полимерный скелет из раствора со стволовыми клетками жировой ткани. Через 10 дней ученые проанализировали заживление раны и формирование мышечной ткани по сравнению с контрольными животными, травмы которых никак не лечили.

Рана, в которой напечатали подходящую по форме гидрогелевую заплатку со стволовыми клетками, за 10 дней затянулась на 80 процентов, а у контрольных животных — лишь на 40 (p < 0,05). Мышечная ткань у мышей экспериментальной группы восстановилась значительно лучше, чем в контрольной. Авторы работы резюмировали, что после дополнительных исследований созданная ими технология найдет широкое применения в медицине, от исправления дефектов органов до заживления ран.

Рана до печати биогибриной заплатки и через 10 дней после
Yuwen Chen et al. / Science Advances, 2020

3D-биопринтеры работают даже в космосе — такое устройство, которое создали в России и приспособили к работе в невесомости, печатает ткани на Международной космической станции. Про другие «космические» 3D-принтеры мы писали в материале «В космос со своим принтером».

Алиса Бахарева

Источник: https://nplus1.ru/news/2020/06/06/printed-ear

Рекомендуем для Вас


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top