Созданному на принтере 3D-сердцу предстоит вырасти до размера человеческого. Ученые Тель-Авивского университета напечатали на принтере целое, но крошечное 3D-сердце из тканей человека . Сегодня оно по размерам равно сердцу кролика, и уже на этом этапе может подойти маленькому зверьку.
Научить 3D-сердце биться
Печать 3D-сердца занимает всего три-четыре часа. Затем около месяца ему требуется на процесс «созревания». Ведь новый орган состоит из очень молодых клеток, которым необходимо «научиться» взаимодействовать друг с другом и выполнять насосную функцию, а попросту – биться. Для этого 3D-сердце помещают в биологический реактор. Это система, которая поддерживает биологически активную среду— чтобы клетки оставались живыми.
Ученые утверждают, что в ближайший год или два начнут тесты на кроликах и крысах. А в ближайшие 10 лет в лучших больницах по всему миру установят 3D-принтеры для печати органов пациентов.
3D революция в медицине
По данным Всемирной Организации Здравоохранения, в 2016 году от сердечно-сосудистых заболеваний умерло около 17,9 миллиона человек. Сегодня трансплантация сердца это единственное спасение для пациентов на последней стадии заболевания. Многим из них приходится годами ждать доноров. 3D-печать даст шанс безнадежно больным и проложит дорогу к революции в области пересадки сердца и других тканей и органов.
«Использование материалов пациента — ключ к удачной трансплантации. – Говорит доцент факультета Молекулярной микробиологии и Биотехнологии Тель-Авивского университета, профессор Таль Двир. – Биосовместимость вживленных тканей и органов позволяет свести к минимуму риск отторжения. В идеале, биоматериал должен обладать теми же биохимическими, механическими и топографическими свойствами, что и ткани пациента. Наши результаты демонстрируют простой подход к 3D-печати плотных тканей, способных формировать кровеносные сосуды и тканей сердца, пропускающих жидкость. Они полностью соответствуют биохимическим и анатомическим свойствам пациента.»
Первый имплант из клеток человека
В ноябре прошлого года в лаборатории Тель-Авивского университета команда под руководством профессора Таля Двира создала первый полностью персонализированный тканевой имплант, состоящий из клеток и биоматериала пациента. «Мы сделали гидрогель из материалов биопсии, и дифференцировали клетки жировой ткани в различные типы клеток.» – рассказывает профессор Двир.
Уже существующий метод тканевой инженерии, используется в регенеративной медицине. Здесь тоже берут клетки пациента, но культивируют их в биоматериал, полученный из растений или животных, после чего клетки собирают в функциональную ткань. После такой трансплантации возможна иммунная реакция , что может привести к отторжению пересаженного органа. Из-за этой угрозы пациентам часто требуется лечение имммунодепрессантами, которые могут ухудшить общее состояние организма. Новый метод позволит снизить эти риски.
Чернила для 3D-сердца
Учеными уже предпринимались попытки создать на 3D-принтере структуру сердца, но без клеток или кровеносных сосудов. – говорит профессор Таль Двир. – Нам первым удалось спроектировать и напечатать целое сердце с кровеносными сосудами, желудочками и камерами.»
Процесс выглядел следующим образом: у пациента взяли часть жировой ткани, после чего разделили клеточные и а-клеточные материалы. Клетки перепрограммировали в стволовые, чтобы дифференцировать их в клетки сердца . В это время внеклеточный матрикс (ECM), трехмерная сетка внеклеточных макромолекул, таких как коллаген и гликопротеин, были преобразованы в гидрогель, который стал своеобразными «чернилами». Затем дифференцированные клетки были смешаны с био-чернилами и использованы для 3D-печати иммунно-совместимого с пациентом целого маленького сердца.
Сколько стоит 3D-сердце
Благодаря открытию израильских ученых у человечества появилась надежда. Но несмотря на столь значимые достижения, индустрия 3D-печати еще находится на начальных этапах своего развития. Не так просто «напечатать» человеческое 3D-сердце со всеми клетками и кровеносными сосудами. Это орган с очень сложным строением, и получить необходимое количество клеток весьма проблематично.
По словам ученых, создание сердца в лабораторных условиях стоит несколько тысяч шекелей, а когда технология будет поставлена на поток, эта цена в разы возрастет.
Наталья Гужвинская, Тель-Авив