Достижения науки, связанные с выращиванием жизнеспособных органов, вызывают неподдельный интерес. Открытия в сфере медицины способствуют спасению здоровья людей и дарят пациентам со сложными патологиями возможность продолжать активную жизнь.

Ученые Тель-Авивского университета сделали практически невероятное – распечатали первое в мире живое сердце на 3D-принтере. Расходным ресурсом для инновационного оборудования послужили индивидуально подобранные «чернила» из белка, коллагеновых волокон и ряда других биологических молекул.

Перспективы развития трехмерной печати

Медицина – одна из первых сфер, решившихся применять потенциал 3D-принтеров в практических целях. Ведущие ученые методично подбирали возможности для внедрения аддитивных методологий, а создатели 3D-оборудования разрабатывали сырье, оптимально подходящее для протезов, имплантов. Со временем был найден вариант печати биологическим материалом.

3D-моделирование позволило воспроизвести трехмерные макеты на основе результатов компьютерной томографии. Технология предоставляет шанс подробно изучить каждую патологию и тщательно подготовиться к операции.

Впоследствии была разработана методика 3D-биопечати, которая сегодня активно применяется в регенеративной медицине и значительно упрощает трансплантацию жизненно важных элементов.

Трехмерные технологии – будущее трансплантологии

Сердечные патологии – наиболее распространенная причина смертности людей, и пересадка органов часто становится единственным шансом спасти больного. Кроме того, сейчас пациентам проводится иммуносупрессивная терапия, подавляющая иммунитет. Использование собственных молекул человека снижает вероятность отторжения. Создание биосовместимых прототипов дает возможность не зависеть от доноров, а получать необходимые ткани или целые системы в любое время.

Сердце особенно сложно в изготовлении из-за сложности структуры и давления, которое оно должно выдерживать. Сначала врачи могли предложить только своеобразный «пластырь» из мышечной ткани для поврежденных участков сердечно-сосудистой системы. А в этом году группе израильских ученых удалось успешно спроектировать и вырастить целый орган.

Сердце, напечатанное на 3D-принтере, пока не функционирует. В первом образце, размер которого менее 3 см, воспроизведены все составные части органа и кровеносные сосуды. Для изготовления потребовались миллионы клеток, процесс занял три часа.

Печать производилась в 3 шага:

1. Предварительная стадия – сканирование с помощью МРТ.
2. Основной этап – послойная распечатка объемной модели.
3. Третья стадия – «созревание» прототипа в специально созданной среде.

В ходе эксперимента применялся взятый у пациента фибриллярный белок, который посредством генной инженерии был превращен в стволовые клетки, а после – в молекулы сердечной мышцы и капилляров. Персонализированный гидрогель использовался в качестве биоинтерфейса.

3D-печать сердца осуществлялась во «взвешенном состоянии», то есть в очень густой среде. В инкубационный период клетки, формирующие поверхность сосудов, соединялись с жировыми в мышечной массе, формируя капилляры. После завершения работы ткани были достаточно крепкими, чтобы выдержать сложную структуру сердечно-сосудистой системы.

Таким способом был сконструирован прототип с естественной архитектурой, наглядно демонстрирующий перспективы замены тканей после их отказа либо для тестирования лекарств в точной анатомической структуре.

Направления практического применения

Говорить о революции в медицине пока рано, сами создатели в описании используют осторожный термин «сердцеподобная конструкция». Полученный образец состоит из очень молодых клеток и способен к сокращению. Создание персонализированных экземпляров посредством трехмерных технологий позволит подбирать оптимальные препараты для конкретного пациента, проводить эксперименты с новыми лекарствами и прекратить испытания медикаментов на животных. Также распечатка «частей» человека даст возможность начинающим хирургам практиковать навыки на искусственных образцах.

Следующим этапом работы станет культивирование сердца величиной с грызуна, выращивание его и обучение искусственного прототипа действовать как настоящее. Специалисты планируют наблюдать за ростом образца в специальной среде и проверять, насколько эффективно взаимодействуют его клетки. Уже через год, вероятно, будет проведена пересадка сердец, созданных на 3D-принтере, кроликам и крысам.

Возможно, пройдет десятилетие, пока данная технология позволит выращивать объекты для результативной трансплантации. Однако открытые израильских ученых стало существенным достижением в трансплантологии, поскольку было создано не только сердце, полностью идентичное натуральному, но и кровеносные сосуды, без которых оно не сможет функционировать.

Кроме того, для создания мельчайших капилляров необходим принтер с максимально высоким разрешением. Также потребуется специализированная система «содержания» искусственного сердца после распечатки.
Несмотря на трудности, в будущем эта разработка решит проблему нехватки органов для пересадки и упростит процесс трансплантации, поскольку биосовместимое сырье минимизирует риск отторжения.