На пути к сердцу из 3D-принтера
"Создание функционирующих органов остается далекой целью науки, однако регенеративная медицина добивается на этом пути значительных успехов", – пишет австрийское издание Der Standard.
"Идея о том, чтобы доставать человеческие органы со "склада запчастей" или просто производить их за небольшой промежуток времени, подпитывается в первую очередь двумя проблемами в трансплантологии: с одной стороны, доноров меньше, чем людей, нуждающихся в новом органе. С другой стороны, всегда существует опасность того, что иммунная система пациента отторгнет чужой орган. Однако если бы можно было производить полноценные органы из собственных клеток пациента, обе проблемы были бы решены", – отмечает журналист Раймунд Ланг.
"Но до этого еще далеко. Сегодня ученые работают над тем, чтобы производить в лаборатории ткани, которые затем будут имплантированы человеку и разовьются в органы или части органов в его организме. Отправной точкой здесь является так называемый внеклеточный матрикс (ECM)".
"Это своего рода каркас из белков и длинноцепочечных сахаров, на которых могут расти клетки. Однако он также выступает связующим звеном в "общении" с клетками и помогает определить, какие типы клеток вырастут на каркасе. ECM можно либо создать с нуля в лаборатории, либо получить из человеческой ткани, из которой удалены исходные клетки", – поясняет издание.
"Оптимальное развитие ECM в настоящее время является основной областью так называемой "тканевой инженерии". "Человеческое тело обладает способностью к самоисцелению. Ее можно улучшить и поддержать с помощью тканевой инженерии", – говорит Андреас Тойшль, руководитель курса "Тканевая инженерия и регенеративная медицина" в Университете прикладных наук в Вене. (...)Так, в одном из проектов Тойшль и его коллеги выращивают мышечные клетки, которые однажды можно будет использовать для "ремонта" поврежденных мышц", – отмечает Der Standard.
"Исходным материалом является белок фибрин, который используется в медицине, например, в качестве естественного тканевого клея при травмах. Исследователи смешивают фибрин с клетками-предшественниками мышц и методом литья создают небольшие кольца. Затем их помещают в трубочки, заполненные питательным раствором. (...) Для стимуляции развития мышечных волокон кольца закрепляются на механическом устройстве, которое растягивает их в продольном направлении", – говорится в статье.
"Тем не менее у технологий тканевой инженерии есть свои границы. Особенно это касается размеров создаваемых тканей. Ведь каждая клетка должна снабжаться кровью и питательными веществами. Однако они лишь в ограниченной степени проникают в ткань. Поэтому более крупные органы требуют наличия сосудистой системы".
"Но проблема подключения искусственных сосудов к естественной системе кровообращения пока не решена, – указывает автор статьи. – "Полые органы, такие как отдельные кровеносные сосуды или трахея, изготовить легко, – говорит Тойшль, – но крупные и иерархически сложные органы, такие как печень или легкие, вызывают затруднения".
"Эксперты возлагают большие надежды на так называемый биопринтинг, то есть производство человеческих тканей с помощью 3D-принтеров, специально разработанных для этой цели. (...) Они способны слой за слоем выстраивать биополимеры, т.е. макромолекулы, производимые живыми организмами, в любые трехмерные геометрические фигуры. "Это представляет большой интерес в связи с тем, что наши тела тоже в значительной степени состоят из биополимеров", – говорит Карин Стана Кляйншек, профессор и руководитель Института химии и технологии биологических систем при Техническом университете Граца".
"Важнейшим элементом биопринтинга является материал для печати, который также называют биочернилами. Он содержит биополимеры, а также живые клетки, факторы роста и другие биомолекулы", – пишет издание.
"В рамках совместного проекта с Мюнхенским университетом Людвига-Максимилиана ученые из Граца работают над созданием искусственной аорты. Проект только начат, но его целью является печать персонализированных аорт на основе данных компьютерной томографии пациентов. Ключевым требованием здесь является то, чтобы здоровая аорта могла компенсировать разницу давления в системе кровообращения благодаря своей эластичности. "То, что мы можем напечатать на сегодняшний день, слишком твердое, – говорит Стана Кляйншек. – Поэтому сначала нам нужно понять, насколько эластичны те или иные материалы под давлением".
"В обозримом будущем, вероятно, не удастся полностью обойтись без синтетических материалов. Биополимеры являются полярными веществами и поэтому растворимы в воде. Однако такие структуры, как кровеносные сосуды, должны быть непроницаемыми. Поэтому часть исследований идет в направлении композитных структур из био- и синтетических полимеров", – пишет Der Standard.