Прорыв в области трехмерной печати органов и тканевой инженерии

Ученые из Женской Больницы Бригхэм (Brigham and Women's Hospital, BWH, США) и Университета Карнеги Меллон (Carnegie Mellon University, США) разработали уникальный микро-роботизированный метод сборки компонентов сложных материалов, который может стать новой основой тканевой инженерии и трехмерной печати органов. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.

Существующие в настоящий момент преклинические модели, используемые при разработке новых методов терапии и тестировании лекарственных препаратов, имеют ограниченную достоверность и низкую предиктивность. Тканевая инженерия предоставляет ученым возможность изучать поведение клеток с помощью более практичных способов, например, исследовать резистентность раковых клеток к терапии и тестировать новые лекарственные препараты.

Будущее медицины также зависит от создания эффективных и безопасных методов тканевой инженерии и трехмерной печати органов по нескольким причинам. Во-первых, уменьшение количества доступных для трансплантации органов приводит к тому, что многие пациенты долгое время находятся в списке ожидания, чтобы получить лечение, которое спасет их жизнь. Конструирование органов с использованием аутологичных клеток может не только решить проблему недостатка донорских органов, но и предотвратить негативные последствия в организме реципиентов в случае их отторжения.

Созданный подход основан на магнитном микро-роботизированном программировании, позволяющем точно сконструировать индивидуальные инкапсулированные в клетки гидрогели. Микроробот, который удаленно контролируется магнитными полями, может перемещать только один гидрогель за единицу времени, чтобы сконструировать структуры. Этот фактор имеет особую значимость в тканевой инженерии, поскольку человеческие ткани обладают сложной архитектурой, состоящей из разных типов клеток, расположенных на разном уровне и в различных областях. При конструировании этих структур крайне важно расположение клеток, поскольку оно влияет на то, как в итоге будет функционировать полученная структура.

«По сравнению с более ранними методами, новая технология обеспечивает настоящий контроль над тканевой инженерией по принципу снизу вверх», – говорит Савас Тасоглю (Savas Tasoglu), научный сотрудник из отделения почечной медицины при BWH (BWH Division of Renal Medicine, США).

Ученые также продемонстрировали, что конструирование инкапсулированных в клетки гидрогелей можно проводить, не влияя на жизнеспособность и пролиферацию клеток. Технологию можно было бы улучшить за счет одновременного применения множества микророботов при печати биологических тканей.

«Наши исследования произведут революцию в области сборки сложных и гетерогенных тканеинженерных строительных блоков, а также помогут повысить сложность и улучшить наше понимание особенностей работы тканеинженерных систем», – говорит Метин Ситти, профессор машиностроения из Института Роботехники (Robotics Institute, США), руководитель лаборатории НаноРоботехники при Университете Карнеги Меллон (CMU's NanoRobotics Lab, США).

По материалам Brigham and Women's Hospital

Оригинальная статья:
S. Tasoglu, E. Diller, S. Guven, M. Sitti, U. Demirci. Untethered micro-robotic coding of three-dimensional material composition. Nature Communications, 2014; 5 DOI: 10.1038/ncomms4124