От почек до конечностей – 3D-принтеры создают органы на заказ

Появление технологии трехмерной печати породило волну интереса к искусственным органам. «Напечатанные» органы, такие как модель ушной раковины, разрабатываемые исследователями Принстонского Университета (Princeton University) в Нью-Джерси и Университета Джонса Хопкинса (Johns Hopkins University) в Балтиморе (США), вошли в повестку дня конференции Inside 3D Printing Сonference, состоявшейся в Нью-Йорке 15-17 апреля 2015 г. Ушные раковины создаются из широкого ряда материалов: гидрогеля, составляющего остов необходимой формы, клеток, формирующих хрящ, а также серебряных наночастиц, формирующих антенну (M. S. Mannoor et al. Nano Lett. 13, 2634−2639; 2013). Эта конструкция – лишь один из примеров все возрастающей многоплановости трехмерной печати.

Созданная с помощью 3D-печати ушная раковина сочетает биологическую и электронную части. (фото: Frank Wojciechowski)

На Нью-Йоркской встрече, зарекомендовавшей себя как крупнейшее мероприятие данной области промышленности, не только было представлено множество приспособлений и новинок, но и прошли дискуссии о появляющемся рынке напечатанных частей тела (см. фото).

В настоящее время эта сфера бизнеса сосредоточена на разработке персонализированных титановых заместителей тазобедренного сустава, а также создании на заказ полимерных костей для восстановления повреждений черепа и пальцев. Как сообщает Терри Уолерс (Terry Wohlers), президент Wohlers Associates, консалтингового агентства, специализирующегося на 3D-печати, в 2014 г. технология печати органов принесла бюджету США 537 млн. долларов, что на 30% превзошло 2013 г.

«Ученые возлагают большие надежды на внезапно появляющиеся технологии, в которых живые клетки используются в качестве чернил для сборки слой за слоем простых тканей», – говорит Дженнифер Льюис (Jennifer Lewis), специалист по биоинженерии Гарвардского Университета (Harvard University). Компания Organovo, занимающаяся биопечатью, уже продает такие ткани исследователям, намеревающимся проверять экспериментальные препараты на токсичность для клеток печени. «Следующим шагом компании станет создание «заплаток» из напечатанной ткани для восстановления поврежденной печени человека», – рассказывает исполнительный директор Organovo Кит Мерфи (Keith Murphy).

Льюис не решается заявлять, что трехмерная печать будет создавать целые органы, чтобы сократить нехватку почек и печени, доступных для трансплантации. «Я была бы рада, если бы это было правдой. Но эти органы обладают очень сложной архитектурой», – комментирует Льюис.

На конференции Inside 3D Printing специалисты науки и промышленности обсудили возрастающий интерес к использованию трехмерной печати для замещения частей тела. Несмотря на то, что хирурги уже используют металлические и пластиковые имплантаты, напечатанные с помощью этой технологии, для замещения костей, исследователи надеются на печать органов с использованием клеток в качестве «чернил». Все представленные структуры напечатаны в Медицинском Центре Уэйк Форест Баптист (Wake Forest Baptist Medical Center, США), среди них – прото-почка (вверху слева), заполненная живыми клетками. (фото: Wake Forest Baptist Medical Center)

Технологию 3D-печати можно также использовать для создания недорогих и креативных протезов. Протез руки может стоить тысячи долларов, что становится непосильными расходами для семьи с растущим ребенком. Йон Шалл (Jon Schull), основавший компанию e-NABLE (США), обеспечивает нуждающихся бесплатными напечатанными протезами, привлекая сотни волонтеров, владеющих личными трехмерными принтерами. «Когда людям надоедает печатать фигурки из Звездных Войн, они звонят нам», – говорит Шалл. Стоимость материалов для печати протезов составляет около 35 долларов США. (фото: Jen Owen)

Одним из ключевых преимуществ использования трехмерной печати для хирургических имплантатов является возможность моделировать персонализированные структуры для каждого пациента. Эта воздухоносная шина (на рисунке показана правая ветвь модели трахеи) создана исследователями Университета Мичигана (University of Michigan, США) специально для ребенка с поврежденными дыхательными путями. Шина создана из материала, постепенно абсорбируемого организмом по мере восстановления путей. (фото: University of Michigan Health System)

Одной из крупнейших проблем печати функциональных органов является создание сосудистой сети (васкулатуры), переносящей кровь и питательные вещества к клеткам органов. В 2014 г. группа под руководством Дженнифер Льюис нашла решение: «кратковременные чернила», созданные из материала, расплавляющегося до жидкого состояния при охлаждении. Как только васкулатура напечатана, исследователи охлаждают ее, отсасывая чернила при их расплавлении. Получившиеся в результате полые каналы могут служить в качестве сосудов.

По материалам NatureNews

Оригинальная статья: Nature 520, 273 (16 April 2015) doi:10.1038/520273a