Ученые впервые в истории напечатали трахею на биопринтере
Когда появились первые 3D-принтеры, мало кто мог даже предположить то, как далеко зайдет данная технология. Конечно, обычные средства для трехмерной печати уже нашли свое применение при производстве различной техники и даже при строительстве домов. Однако вот медики придумали совсем иное применение 3D-печати. Уже достаточно давно можно «заряжать» в особые биопринтеры клетки, но вот напечатать на таком принтере полноценные органы мало кому удавалось. Одними из первопроходцев являются ученые из Института регенеративной медицины Уэйк Форест (Wake Forest Institute for Regenerative Medicine — WFIRM), которые первыми сообщили об использовании биопечати для создания полнофункциональной трахеи.
Как напечатать орган на 3D-принтере
Предыдущие попытки создать ткани трахеи имели много различных ограничений, главным образом потому, что они были сосредоточены только на использовании хрящевой ткани. Конструкция трахеи, созданная учеными из WFIRM уникальна тем, что она была создана сразу с учетом того, что это будет полноценный орган — то есть тут присутствуют как части хряща, так и гладкая мускулатура. В качестве каркаса используется биоразлагаемый материал, на который наносится гидрогель, содержащий стволовые клетки человека. Они могут делиться и становиться различными типами клеток. В данном случае стволовые клетки дифференцируются в два различных типа — хондроциты (из них формируются хрящи) и миоциты (основа гладкой мускулатуры).
При этом часть получившегося хряща — жесткая, чтобы обеспечить механическую поддержку будущего органа и не допустить «схлопывания», а часть — мягкая, что дает наряду с гладкой мускулатурой некую подвижность. Мышцы также соединяют концы хрящевых колец, обеспечивая гибкость для сокращения дыхательных путей.
До этого ученые пробовали напечатать трахею, но проблема заключалась в том, что они брали только один материал, который недостаточно прочен, чтобы поддерживать дыхательные пути открытыми, но это не обеспечивало необходимой гибкости. Наш метод биопечати дает комбинацию гибкости и прочности, необходимой для имитации настоящей ткани трахеи. — сказал Шон Мерфи, кандидат медицинских наук, ведущий автор работы и доцент кафедры регенеративной медицины WFIRM
Зачем нужна искусственная трахея
Трахея представляет собой полую трубку, которая сделана из хрящевой и гладкой мышечной ткани, предназначенной для обеспечения проходимости дыхательных путей. Стеноз трахеи — это ненормальное сужение трахеи, которое может быть вызвано длительной интубацией, воспалением и травмой или же это может быть врожденная аномалия. Основным методом лечения этого состояния, которое является опасным для жизни, являются хирургическое вмешательство, но полностью восстановить проходимость трахеи очень сложно.
Подход ученых из WFIRM сочетает в себе три специально разработанные технологии: медицинскую визуализацию трахеи пациента, применение гидрогелей, предназначенных для дифференцировки стволовых клеток, и полимерные каркасы, имитирующие специфические биомеханические свойства органа. Таким образом можно создать трахею «под конкретного человека» со всеми присущими ему анатомическими особенностями. Конечно, пока пересадка трахеи еще не состоялась, ведь нужно провести дополнительные исследования (для начала на лабораторных животных). Но уже имеющийся результат вселяет оптимизм.