3D-печать для создания кости и хряща

Исследователь Ньевес Кубо использует 3D-печать для создания человеческих тканей, которые могли бы заменить металлические протезы.

Производство тканей и органов на заказ для каждого пациента с использованием его клеток уже не является научной фантастикой. Благодаря биопечати это стало настоящей наукой. Использование 3D-печати в этой области уже изучается, что с каждым разом приближает ее появление в клиниках и лабораториях. Будущее индивидуализированной медицины – здесь.  

Ньевес Кубо, инженер и исследователь, изучает создание человеческих тканей (в том числе костей и хрящей) на 3D-принтерах. Она ведет эту работу на Факультете фармакологии Мадридского университета Комплутенсе и в Научно-технологическом институте по изучению полимеров при Высшем совете по научным исследованиям.  

«Мы хотим заменить металлические или искусственные протезы на что-то, что сможет по-настоящему интегрироваться с телом. Мы пока говорим о замене, а не о регенерации»

Ньевес и ее команда печатают сетки из поликапролактона (ПКЛ) с помощью Hephestos 2 и Witbox 2. Эти принтеры используют не только экструдер обычного устройства, где полиактид нагревается до температуры свыше 200ºC и помещается в форму для создания объекта в 3D, но к такому экструдеру добавлена специальная игла, которая выкачивает клетки по заданному формату.

После размещения клеток кости или хряща на этих сетках со временем такие клетки начинают захватывать весь протез, воспроизводя и заменяя материал на естественный, костный или хрящевой, в зависимости от типа ткани. «Мы используем то, что делает биология в природе, даем клеткам то, что им необходимо для развития, – вот чем мы занимаемся», – рассказывает она.  

Пробуются два способа: первый – это изучение возможности вживления в месте перелома кости или хряща напечатанной в 3D сетки с клетками, чтобы они запустили процесс регенерации в самом организме. Поликапролактон (биоразлагаемый) со временем рассосется, и ткань полностью соединится. В настоящее время проводятся механические испытания материалов, чтобы понять, осуществим ли данный метод на практике. По словам Ньевес, «интересно было бы помещать это в тело как можно раньше, но если представить, что клетки очень быстро будут уничтожать материал, и он разрушится, то нельзя выбирать этот вариант».

Поэтому второй способ – исследование создания благоприятной экосистемы в лаборатории с целью обеспечить, чтобы клетки были способны к восстановлению человеческих тканей там. Затем эти ткани будут вживлены больному или могут быть использованы в других целях, например, в исследованиях. В результате мы будем иметь «протез», обладающий гораздо большими преимуществами по сравнению с металлическим, сделанный на заказ и с меньшей вероятностью того, что ваш организм его отвергнет.

Необходимо учитывать, что биология также может ошибаться, и существуют случаи, когда клетки человеческого организма создают кость там, где должна быть хрящевая ткань. Это так называемая кальцификация. Добиться, чтобы это не происходило в лаборатории, – одна из задач Ньевес и ее команды.

Избежать испытаний на животных

Печать человеческих тканей также может положить конец клиническим испытаниям на животных, которые являются обязательным этапом процесса апробации медицинской техники или лекарственных средств.

«Если мы сможем получить в пределах лаборатории что-либо, что ведет себя точно так же, как человеческий организм, то мы сможем испытывать косметику и лекарства без использования животных. Это позволит избавить их от мучений и сделает испытания менее затратными»

Этой исследовательнице в прошлом уже удалось разработать принтер для создания человеческой кожи. Это исследование в настоящий момент находится на клинической стадии и, возможно, скоро будет применяться в клиниках и лабораториях. Благодаря этому принтеру за две недели можно будет создавать квадратные метры кожи для регенерации, например, для обширных участков тела, пострадавших от ожогов. Кроме того, в настоящее время она работает над внедрением этой технологии во все сферы и создала платформу для совместной работы, которая называется.

OpenBioprinting, где исследователи, медики и любые заинтересованные в данной области лица, могут получать новые знания, а также делиться своими.

Ньевес изложила суть своих достижений в 2015 году в выступлении на TEDx. Там она напомнила, что достигла всего благодаря преподавателям, которые в период ее обучения в Мадридском университете имени Карлоса III показали ей, что представляют собой 3D-принтеры.

«Все эти люди, которые там находились и которые учили нас пользоваться принтерами, работать с ними, которые, если что-то переставало работать, говорили тебе: «не беспокойся, продолжай, ты можешь сделать это, даже если ты не попадешь в MIT». Благодаря всем этим людям сегодня мы можем напечатать человеческую кожу. И возможно, в будущем, если кому-нибудь из нас понадобится маленькая часть нашего тела, созданная при помощи этой технологии, мы сможем ее создать благодаря им».