Исследователи из Университета Карнеги-Меллона в Питтсбурге разработали новый метод 3D-биопечати, с помощью которого можно создать любую часть человеческого сердца: от крошечных капилляров до полноразмерных камер сердца. Используя человеческие кардиомиоциты (мышечные клетки сердца) можно создать полноценную структуру, которая сокращается и функционирует подобно настоящему сердцу.

Но суть методики не в мышечных клетках, а в используемом коллагене, служащим «каркасом» для сердца, основным материалам для клапанов.

Использование коллагена в биопечати все набирает обороты, и это радует. Дело в том, что этот белок составляет основу внеклеточного матрикса и является базисом структурной целостности органов и тканей. Ранее была проблема в том, что все материалы на основе коллагена «растекались». Однако в наше время изобретен гидрогель, который останавливает деградацию коллагена. Теперь 3D-биопечать уже не ограничивается миниатюрными каркасами.

С помощью новой методики создавать коллагеновые структуры становится так же просто, как и печатать на 3D-принтере с помощью пластика. Настало время, когда появилась возможность печатать по-настоящему функционирующие органы и ткани.

Прототип этой методики с использованием геля назывался FRESH (freeform reversible embedding of suspended hydrogels) и был впервые предложен в 2015 году. Однако теперь технологию довели до ума, начали активно использовать изменения pH и температуры чтобы управлять структурой коллагена.

Если взглянуть со стороны, то выглядит процесс создания структуры органа, как будто 3D-принтер выдавливает пасту (коллагенсодержащее вещество) в желе (тот самый гель). Слой за слоем из этой «пасты» формируется структура внутри этого желе. После того, как структура готова, следует немного игры с температурами и pH среды, желе растворяется, а коллагеновый «скелет» готов.

Исследователи говорят, что методика позволяет создавать сложные функциональные структуры, в которые можно встроить живые клетки или сосудистые сети, причем с разрешением печати до 20 микрон!

Используя клетки сердечной мышцы (кардиомиоциты) и данные МРТ сердца человека, удалось воссоздать кровеносные сосуды, клапаны сердца, которые открывались и закрывались, а также желудочки, которые синхронно сокращались и распространяли потенциалы действия (нервные импульсы) в определенном направлении, как это делают настоящие желудочки сердца.

Толщина стенки напечатанного сердца во время сокращения утолщалась на 14%, как это происходит в наших естественных органах.

Также исследователи уточняют, что с помощью МРТ и КТ исследований потенциального реципиента сердца, орган можно напечатать под конкретно заданные параметры, под любую форму грудной клетки (вспоминается, что в искусственных механических сердцах была проблема, что они далека не всем подходили по размерам).

Сердце – это здорово. Но важность этой новости куда более значимая. Поскольку коллаген является основным белковым компонентом почти в каждой ткани и органе в органе, новая методика даст толчок развитию 3D-печати печени, почек, мышц, трахеи, различных желез… да и вообще большинства органов!