Люди мягки. Это – проблема для исследователей, пытающихся построить искусственные ткани и органы и ту, которую, возможно, просто решили две отдельных бригады инженеров.
Используя блюдо липкой вещи непротиворечивость майонеза как поддержка «ванна», бригада во главе с инженером-биомедиком Адамом Файнбергом в Университете Карнеги-Меллон в Питтсбурге, Пенсильвания, может теперь распечатать 3D биологические материалы, не разрушающиеся под их собственным весом, поскольку они формируются — трудность, долго стоявшая на пути печати мягких частей тела. После того, как распечатанный, структуры достаточно жестки для поддержки себя, и они могут быть восстановлены путем таяния липкой вещи поддержки. У другой бригады, из университета Флориды (UF) в Гейнсвилле, есть аналогичная система для печати, но без гладкой уловки тающей липкой вещи.Части тела бригады Карнеги Меллона — которые включают модели мозгов и сердец — являются более запутанными, чем что-либо созданное прежде, говорит Энтони Атэла, инженер ткани и директор Института Вейк Фореста Регенеративной Медицины в Уинстон-Сейлеме, Северная Каролина, кто не был вовлечен ни в один проект. “Я думаю, что это – очень хорошая стратегия, которая откроет еще больше путей для будущего развития и исследования”, говорит Атэла.
До настоящего времени то исследование было в основном приспособлено к использованию твердых 3D распечатанных материалов как протезирование, некоторые из которых даже внедрены в органы народов. Они принимают много форм от пластин титана, заменяющих недостающие куски черепа к растворимой трахеальной щепе, держащей открытые разрушенные воздушные трассы. Несколько групп работали для распространения этого успеха для создания squishier тканей с начальной структурой, обработанной в водянистых гелях, составленных из свободно связанного сахара или протеинов.
Эта матрица тогда сформировала бы поддержку роста клеток с живыми клетками, или распечатанными в геле или добавленными позже.Для формирования матрицы ученые выдвигают жидкие молекулы через сопло принтера и затем сшивку их в гели различной непротиворечивости через выставку к химикатам или стимулам, таким как свет. Но смеси имеют тенденцию уплывать или разрушаться, прежде чем они смогут напрячься в тщательно продуманные формы, требуемые для функционирующих органов.Для решения этой проблемы Feinberg и его коллеги решили попытаться распечатать их гели в жидком растворе, сделанном из смешанного коллагена.
Их новый подход — названный freeform реверсивное вложение приостановленных (СВЕЖИХ) гидрогелей — работал. Жидкий раствор коллагена, полутвердый при комнатной температуре, держал распечатанные объекты на месте, пока они не укрепились.
И потому что точка плавления жидкого раствора намного ниже, чем тот из объектов, это таяло, как только температура была повышена до 37°C (99°F), сообщают они сегодня в Научных Трансгрессиях. В том же журнале в прошлом месяце, лаборатория Томаса Анджелини в UF описала подобный метод печати с помощью геля поддержки, сделанного из синтетических материалов, которые они отмылись с водой.
Для проверения СВЕЖЕЙ системы в деле Feinberg и его коллеги распечатали точные копии реальных органов на основе изображений микроскопии и магнитно-резонансной томографии. Их создания включали миниатюрный человеческий мозг и увеличенное сердце молодого цыпленка, оба распечатанные к приблизительно размеру четверти. Они также сделали ветвящийся образец артерий со стенами меньше чем один миллиметр толщиной.
Бригада распечатала структуры во множестве материалов, включая коллаген и фибрин — обоих структурных белков, найденных в человеческом теле — и полученную из морской водоросли сущность, названную альгинатом, широко использующимся в качестве уплотнения или структурного агента в еде, промышленности и медицине. Принимая во внимание, что более сложные структуры были сделаны из единственного материала, СВЕЖАЯ система может также распечатать многократные материалы одновременно.Джонатан Бучер, инженер-биомедик в Корнелльском университете, использующий другой метод для развития 3D распечатанных сердечных клапанов, счел дерево артерии особенно впечатляющим. “Я не знаю, можем ли мы сделать ту геометрию с нашим подходом”, говорит Бучер. “Материальная сложность, которую они были в состоянии произвести, является действительно ошеломляющей”.К тому же, Feinberg и его коллеги сделали это на дешевом, использующем общедоступном машинном оборудовании и программном обеспечении.
Они начали с недорогого коммерческого принтера и использовали его для создания их собственных голов экструдера. Теперь, другие исследователи будут в состоянии сделать основную СВЕЖУЮ установку меньше чем за 500$, говорит Томас Хинтон, аспирант в лаборатории Файнберга и первый автор исследования.Следующее главное препятствие для СВЕЖЕГО включает живые клетки в их матрицу геля.
Feinberg и его коллеги уже продемонстрировали, что клетки могут пережить СВЕЖИЙ процесс путем печати листа мышечных клеток в простом листе. Но органы модели, описанные в газете, не содержали клеток, и они только подражали внешней поверхности частей тела.
Для функционирования в органе распечатанные ткани должны объединить внутренние структуры, населенные с живыми клетками, или, в некоторых случаях, слоями клеток на лесах.Исследователи в настоящее время работают для слияния живых клеток в их матрицы для создания функциональной сердечной мышцы, говорит Файнберг. Их следующая цель состоит в том, чтобы развить сердечную мышцу «участки», которые восстановили бы пороки сердца. В ближайшей перспективе такие искусственные ткани могли помочь исследователям изучить процессы болезни и проверить новые наркотики в лаборатории.
В конечном счете печатная сердечная мышца могла бы возместить убытки от сердечного приступа и помочь накачать кровь живущего человека.Между тем Файнберг говорит, что хочет сделать свой метод максимально широко доступным. “Я надеюсь, что другие люди будут поднимать это и бежать с ним”, говорит он. “Даже способами я не могу вообразить”.