Исследователи совершили прорыв в функциональной 3D-печати тканей человека

Jun 18, 2023

Уже открыты номинации на премию 3D Printing Industry Awards 2023. Кто является лидерами в области 3D-печати? Узнайте 30 ноября, когда победители в двадцати категориях будут объявлены во время церемонии награждения в Лондоне.

Группа ученых из Сиднейского университета и Детского медицинского научно-исследовательского института (CMRI) в Вестмиде использовала 3D-фотолитографическую печать для изготовления функциональных тканей человека, которые точно имитируют архитектуру органа.

Исследователи использовали методы биоинженерии и клеточной культуры, чтобы приучить стволовые клетки, полученные из клеток крови и клеток кожи, стать специализированными. Эти специализированные клетки затем могут образовывать органоподобные структуры.

Этот проект возглавляли профессор Хала Зрейкат и доктор Питер Ньюман из Сиднейского университета биомедицинской инженерии, а также профессор Патрик Тэм, возглавляющий исследовательский отдел эмбриологии CMRI. Исследовательская работа группы под названием «Программирование формирования многоклеточного паттерна с помощью механо-химически микроструктурированных клеточных ниш» была опубликована в журнале Advanced Science.

Заглядывая в будущее, исследовательская группа теперь сосредоточится на разработке своей методики для развития области регенеративной медицины и поиске новых методов лечения ряда заболеваний.

«Наш новый метод служит инструкцией для клеток, позволяя им создавать ткани, которые лучше организованы и более похожи на свои естественные аналоги. Это важный шаг на пути к возможности печатать рабочие ткани и органы на 3D-принтере», — прокомментировала профессор Хала Зрейкат.

«Инструкция по эксплуатации клеток»

Клеткам требуются подробные инструкции в виде стратегически расположенных белков и механических триггеров для построения тканей. По словам доктора Ньюмана, без этих конкретных инструкций клетки, скорее всего, будут группироваться непредсказуемым и неточным образом.

В ходе этого исследования ученые использовали новую технику 3D-фотолитографической печати для генерации микроскопических механических и химических сигналов, которые направляют клетки в точные и организованные структуры, подобные органам.

Этот метод был использован для успешного создания комплекса костно-жировой клетчатки, напоминающего структуру кости. С помощью этого метода также была изготовлена ​​совокупность тканей, напоминающая процессы раннего развития млекопитающих.

«Раньше стволовые клетки выращивали для создания многих типов клеток, но мы не могли контролировать, как они дифференцируются и собираются в 3D», — прокомментировал профессор Тэм. «Благодаря этой биоинженерной технологии мы теперь можем направлять стволовые клетки на формирование определенных типов клеток и правильно организовывать эти клетки во времени и пространстве, тем самым воспроизводя реальное развитие органа».

Возможное медицинское применение

Есть надежда, что это исследование поможет лучше понять, как органы развиваются и функционируют, а также как генетические мутации и ошибки развития влияют на заболевания органов.

Более того, считается, что это исследование открывает потенциал для развития клеточной и генной терапии. Действительно, способность производить желаемые типы клеток может облегчить производство клинически значимых стволовых клеток для терапевтического использования.

«Этот метод имеет огромное практическое значение. Например, в регенеративной медицине, где существует острая потребность в трансплантации органов, дальнейшие исследования с использованием этого подхода могут способствовать росту функциональных тканей в лаборатории», — пояснила профессор Хала Зрейкат.

Доктор Питер Ньюман добавил, что «эта технология может революционизировать то, как мы изучаем и понимаем болезни. Создавая точные модели больных тканей, мы можем наблюдать прогрессирование заболевания и реакцию на лечение в контролируемой среде».

Исследователи особенно надеются, что их результаты помогут лечить потерю зрения, вызванную дегенерацией желтого пятна и наследственными заболеваниями, приводящими к потере фоторецепторных клеток сетчатки.

«Если мы сможем создать участок клеток с помощью биоинженерии и увидеть, как функционирует вся система, тогда мы сможем исследовать методы лечения, которые используют функциональные клетки для замены клеток в глазу, которые были потеряны из-за болезни», — заявил профессор Тэм.