Сахарная пудра — особый ингредиент при 3D-печати человеческих сосудов

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Biomedical Engineering, биоинженеры из Университета Райса продемонстрировали, что можно сохранить плотно упакованные клетки в относительно крупных конструкциях живыми в течение двух недель. Это достижимо, если сложные сети кровеносных сосудов печатать на 3D-принтере, используя сахар.

«Одно из самых больших препятствий на пути к искусственному созданию клинически значимых тканей заключается в заполнении большой тканевой структуры сотнями миллионов живых клеток, — говорит ведущий автор исследования Ян Кинстлингер. — Главная задача — обеспечить все клетки достаточным количеством кислорода и питательных веществ».

Природа решила эту проблему путем развития сложных сосудистых сетей, которых множество в наших тканях и органах. Чем дальше от основных артерий, тем тоньше становятся сосуды, но при этом увеличивается их количество. Это позволяет эффективно доставлять кислород и питательные вещества к клеткам по всему организму.

«Разрабатывая новые технологии и материалы, имитирующие естественные сосудистые сети, мы близки к тому, чтобы обеспечить кислородом и питательными веществами достаточное количество клеток для достижения долгосрочных терапевтических функций», — говорится в новом исследовании.

Шаблоны из сахарной пудры были напечатаны участниками исследования на 3D-принтере с с открытым исходным кодом при использовании модифицированного лазерного резца.

Сложные структуры стало возможно воспроизвести благодаря селективному лазерному спеканию — методу 3D-печати, при котором мелкие частицы порошка расплавляются и образуют твердые трехмерные объекты. В отличие от более распространенной экструзионной 3D-печати, где расплавленные нити материала проходят через сопло, лазерное спекание работает путем спекания сухого порошка с помощью лазера. По словам ученых, Оба метода позволяют создавать модели по одному слою за раз, но, по словам ученых, лазерный метод дает возможность получать структуры, которые могли бы разрушиться при экструзии. Сюда относятся нависающие структуры, а также разветвленные и многососудистые сети.

Сахар особенно хорошо подходит для создания моделей кровеносных сосудов, потому что он прочен в сухом состоянии и быстро растворяется в воде, не повреждая соседние клетки. Для изготовления тканей биоинженеры использовали специальную порошковую смесь сахаров для печати моделей, а затем заполнили объем вокруг напечатанной сахарной сети смесью клеток в жидком геле. Гель становится полутвердым в течение нескольких минут, а затем сахар растворяется и вымывается, оставляя открытым проход для питательных веществ и кислорода.

«Основным преимуществом этого подхода является скорость, с которой мы можем генерировать любую структуру ткани — самые крупные модели создаются менее чем за 5 минут», — говорится в научной работе. 

Авторы исследования уверены, что созданный ими метод может использоваться с гораздо более широким ассортиментом материалов, чем многие другие технологии биопечати. Это делает его невероятно универсальным. Новая разработка позволит искусственным методом генерировать большие объемы человеческих тканей и поддерживать в них жизнеспособность клеток в течение длительного времени. Это большой шаг вперед в биомедицине.