Вы здесь

Впервые напечатано 3D сердце.

15 апреля команда исследователей Тель-Авивского университета представила сердце, которое было напечатано на 3D биопринтере с использованием собственных клеток пациента и биологического материала. И это сердце пульсировало! До сих пор ученые успешно печатали почти только простые ткани без кровеносных сосудов. Доклад о результатах работы  "3D-печать персонализированных толстых и перфузионных пластырей и сердец" (" 3D Printing of Personalized Thick and Perfusable Cardiac Patches and Hearts") представлен в журнале Advanced Science.

Сердечнососудистые заболевания являются главной причиной смерти в промышленно развитых странах. На сегодняшний день трансплантация сердца является единственным методом лечения пациентов в терминальной стадии сердечной недостаточности. Поскольку число доноров сердца ограничено, во всем мире существует острая необходимость в разработках новых подходов к регенерации сердца, пораженного инфарктом. Инженерия тканей сердца открывает альтернативный подход решения проблемы путем интеграции сердечных клеток и 3D-биоматериалов. Последние служат временными каркасами, механически поддерживая клетки, и, тем самым, обеспечивают их перестройку в функциональную ткань. После дозревания in vitro (в лабораторных условиях вне живого организма), сконструированную сердечную заплату можно трансплантировать на поврежденное сердце. По мере того как происходит интеграция с органом-хозяином, биоматериалы постепенно разрушаются, оставляя полноценно функционирующий живой участок сердца.

Биосовместимость "строительных" материалов является решающим фактором для устранения риска отторжения имплантата - риска, который ставит под угрозу успех лечения. Поэтому материал для 3D печати должен быть тщательно выбран. В идеале он должен обладать биохимическими, механическими и топографическими свойствами, аналогичными свойствам нативных сердечных тканей.

В данном исследовании ученые брали у доноров образцы жировой ткани, выделяли из нее отдельные клетки, которые перепрограммировали в стволовые, и растили ткани сердечной мышцы и эпителиальные клетки. Для заправки принтера использовались эти ткани, а также персонализированные гидрогели, полученные из биоматериала, после чего по частям собиралось сердце с сосудами.

"Использование материалов конкретного пациента, которые не будут отторгаться организмом, – основное условие успешного создания тканей и органов для него", – отметил  руководитель проекта, профессор Тель-Авивского университета Таль Двир (Tal Dvir).

В своем докладе ученые команды Двира сообщили о разработке и применении передовых методов 3D-печати с использованием персонализированного гидрогеля в качестве биоосновы. В этой стратегии в сочетании с собственными клетками пациента гидрогель может использоваться для печати толстых, васкуляризированных и перфузируемых сердечных пластырей, которые полностью соответствуют иммунологическим, биохимическим и анатомическим свойствам пациента. Кроме того, было показано, что персонализированный гидрогель может быть использован для печати объемных автономных клеточных структур, в том числе целых сердец с их крупными кровеносными сосудами. 

Это первый случай, когда получилось успешно спроектировать и напечатать целое сердце с клетками, кровеносными сосудами, желудочками и камерами. 3D-принтер использовал настоящие ткани человека для того, чтобы создать живое пульсирующее сердце. Учёные распечатали несколько десятков сердец, но все они размером не превышают 2,5 см. Такие органы можно пересадить, например, кроликам. 

– Это сердце сделано из человеческих клеток и специфических для пациента биологических материалов. В нашем процессе эти материалы служат биоиндикаторами, веществами из сахаров и белков, которые можно использовать для 3D-печати сложных моделей тканей», - объяснил Двир. 

– Сердце полностью совместимо с пациентом, потому что оно сделано из собственной ткани больного, и, следовательно, иммуногенной реакции не будет.

Следующий этап проекта – созревание прототипа человеческого сердца в специальном биореакторе. В течение года такие сердца должны быть экспериментально проверены на кроликах или крысах. 

«У нас есть надежда, что через 10 лет в лучших больницах мира появятся принтеры для органов, и эти процедуры будут проводиться регулярно», - подчеркнул Таль Двир. 

Абстракт статьи: 

Создание толстых васкуляризированных тканей, которые полностью соответствуют пациенту, все еще остается нерешенной проблемой в инженерии сердечной ткани. Здесь описывается простой подход к 3D-печати толстых, васкуляризированных и перфузируемых пластырей сердца, которые полностью соответствуют иммунологическим, клеточным, биохимическим и анатомическим свойствам пациента. Для этого у пациентов берется биопсия жировой ткани. В то время как клетки перепрограммируются, чтобы стать плюрипотентными стволовыми клетками, и дифференцируются в кардиомиоциты и эндотелиальные клетки, внеклеточный матрикс перерабатывается в персонализированный гидрогель. После этого два типа клеток по отдельности объединяются с гидрогелями, чтобы сформировать био-чернила для 3D принтера для печати паренхиматозной сердечной ткани и кровеносных сосудов. Показана возможность печатать функциональные васкуляризованные пластыри в соответствии с анатомией пациента. Архитектура кровеносных сосудов дополнительно улучшается путем математического моделирования переноса кислорода. Структуру и функцию пластырей изучают in vitro, а морфологию сердечных клеток оценивают после трансплантации, выявляя удлиненные кардиомиоциты с массивной актининовой стратификацией. Наконец, в качестве доказательства концепции, напечатаны человеческие сердца с естественной архитектурой. Эти результаты демонстрируют потенциал подхода для конструирования персонализированных тканей и органов или для скрининга лекарств в соответствующей анатомической структуре и специфической для пациента биохимической микроокружающей среде.

Дополнительно по теме:

В конце марта было опубликовано сообщение о том, что польские ученые напечатали первую в мире  бионическую поджелудочную железу с кровеносными сосудами.

 

Поделиться