Хрящевую ткань удалось напечатать на гибридном 3D-принтере

Биопринтинг или трёхмерная печать живых тканей является новым методом в медицине, который пока находится на ранних этапах развития. Но его состоятельность и перспективность в изготовлении жизнеспособных тканей и органов уже общепризнанна.

В основе этой технологии лежит послойное осаждение живых клеток из гидрогеля, который играет роль чернил в специализированных принтерах. Однако такие напечатанные конструкции, состоящие только из естественных биоматериалов, не слишком прочны.

Учёные из Института регенеративной медицины Уэйк Форест (Wake Forest Institute for Regenerative Medicine) нашли способ решить эту проблему, совместив для построения каркаса ткани живые клетки и синтетический полимер.

Ранее для осуществления такого процесса была бы необходима дорогостоящая роботизированная система. Кроме того, полученный клеточный каркас не обладал бы достаточной гибкостью, что ограничивало бы его дальнейшее использование.

Выход оказался куда проще, чем можно было себе представить. Разработчики соединили в одном приборе струйный принтер и электропрядильную систему.

С помощью этой весьма экономичной комбинации оборудования была получена жизнеспособная хрящевая ткань, которая обладает более высокой механической прочностью, чем натуральные материалы в чистом виде. При этом клетки, осаждённые из традиционного гидрогеля, создают благоприятную среду для разрастания имплантированной ткани в организме пациента.

В процессе печати каркаса поликапролактоновые волокна чередовались с эластическими хондроцитами (клетками хрящевой ткани) из ушного хряща кролика (всё в фибрин-коллагеновом гидрогеле).

Электропрядильное оборудование производит очень тонкие волокна из раствора полимера. Параметры этого процесса, в частности состав волокон, легко контролировать. Последнее позволяет производить пористые структуры, которые помогают клеткам интегрироваться в окружающие ткани.
Также специалисты использовали новаторскую систему нанесения компонентов с несколькими головками, позволяющую совмещать для построения каркаса разные материалы.

В статье в журнале Biofabrication разработчики сообщают, что выживаемость хондроцитов в гибридном каркасе через неделю после печати составляла 80%.

Исследователи продемонстрировали, что полученная хрящевая ткань способна сохранять свои функциональные свойства, как в лабораторных условиях, так и в живом организме.

Для этого каркасные хрящи имплантировали мышам. Наблюдения за имплантатами продолжались на протяжении двух, четырёх и восьми недель в зависимости от цели эксперимента.

Учёные обнаружили, что после пребывания имплантатов в организме мыши на протяжении восьми недель образовывалась новая хрящевая ткань, причём её структура и свойства ничем не отличались от обычного эластичного хряща.

Таким образом, испытания продемонстрировали: новую технологию можно использовать для реальных пациентов.

"Мы получили достоверное подтверждение изначальной концепции исследования и наглядную иллюстрацию того, что данная комбинация материалов и методов производства позволяет создавать прочные имплантируемые конструкции, — рассказывает автор исследования Джеймс Юо (James Yoo).

Медики смогут создавать индивидуальные имплантаты для лечения, к примеру, повреждённых суставов, уверены разработчики.

"Тщательный индивидуальный подбор материала для имплантата и необходимая механическая прочность позволят новой хрящевой ткани выдерживать большие нагрузки, которые приходятся на человеческие суставы при обычном и активном образе жизни", — заключает доктор Юо в пресс-релизе Института физики (IOP).