На този ден ще има изобилие от сърца - плюшени, балони, някои - принтирани на картички. Но може би е подходящо да поговорим за един друг вид принтирани сърца, без които не само не можем да обичаме, но и да живеем - истинските сърца.
Една българска стартъп компания създава принтирани органи, в това число и сърца, по виртуален модел на органа на база компютърна томография. После смесва подходящи клетки (кардиомиоцити или стволови клетки) и мастило. И накрая ги принтира с 3D биопринтeр.
За какво ни е принтиран орган (сърце)?
Сърдечносъдовите болести са убиец номер едно в индустриализираните страни. Все още трансплантацията на сърце е единственото лечение за пациент със сърдечна недостатъчност. Броят на донори на сърце обаче е ограничен, което създава необходимост от нови подходи за възстановяване на сърце след инфаркт, например. Един такъв подход е тъканното инженерство, което интегрира кардиомиоцити (клетки на сърцето) и биоматериали. Биоматериалите служат като временно скеле, което поддържа клетките и спомага тяхната реорганизация във функционална тъкан. След ин витро съзряване, инженираната сърдечна тъкан може да бъде трансплантирана в сърцето на пациент. При пълна интеграция със сърцето на пациента биоматериалите се разграждат и остава функционална тъкан, възстановяваща нормалната функция на сърцето.
Принтирането на реалистични модели на органи, имитиращи механичните им свойства и позволяващи да бъдат манипулирани, зашивани и перфузирани би ги направило подходящи за хирургически обучения и усъвършенстване на хирургически техники. Редица органи могат да бъдат моделирани, включително сърце, черен дроб, бъбрек и т.н. Освен за обучение на хирурзи и планиране на оперативни намеси, принтирането на анатомичен модел на сърце е първа стъпка за принтиране на сърце с реални размери за тъканно инженерство и сърдечна регенеративна медицина. Когато при тъканното инженерство се използват пациентски клетки се отваря възможност за персонализирано лечение. В този случай намалява вероятността от имунна реакция и отхвърляне на органа при условие, че бъде трансплантиран. От друга страна тези принтирани органи биха позволили безопасно изследване на лекарствени препарати и намаляване на броя експерименти върху животни.
Следващите стъпки включват принтиране с подходящи клетки, включени в състава на биосмолата, както и принтиране с различни биосмоли с цел възпроизвеждане на вариациите в механичните свойства в рамките на даден орган.
Български стартъп създаде първата платформа за високоскоростно биопринтиране в България
Триизмерното биопринтиране типично представлява последователно изграждане на тънки слоеве хидрогел, които в резултат на наслагването им образуват триизмерен обект. Хидрогелът също така съдържа специфични клетки, които след култивиране в подходящи условия могат да изградят физиологично реалистичен тъканен модел. Тъканният модел възпроизвежда в лабораторни условия функцията на тъкан или орган от човешкия организъм. Впоследствие той може да бъде използван за имплантиране в пациент, с цел възстановяване на функция на увреден орган, или за изследване на ефективността на кандидат лекарствени молекули в лабораторни условия и създава възможността да се заместят експериментите върху животни.
Високоскоростното стереолитографско биопринтиране използва т.нар. биосмоли, които са чувствителни към светлина с определена енергия, т.е. към определен цвят. Последователното облъчване на различни части на биосмолата с този специфичен цвят светлина позволява изграждането на триизмерен обект, тъканния модел. Биопринтирането чрез облъчване със светлина има редица предимства пред другите типове биопринтиране. Например, най-бързото и най-прецизното принтиране се осъществяват чрез вариации на стереолитографията. Споделеното изискване за светлочувствителни смоли заедно с факта, че често различните видове стереолитографски техники използват светлина с една и съща дължина на вълната водят до това изискванията към химичните характеристики на смолите да са много подобни. Следователно една достъпна и реалистична платформа за биопринтиране би позволила както развиването на биосмоли, подходящи за всяка вариация на стереолитографското биопринтиране, така и извършването на фундаментални и прототипни изследвания.
В резултат на комбинация от структурна модификация на комерсиален триизмерен стереолитографски принтер, химическо инжениране на повърхности, синтез на светлочувствителни биополимери и оптимизация на физикохимичните свойства на биосмоли МатриКем успя да създаде и валидира платформа за стереолитографско биопринтиране. Предварителните тестове установиха, че платформата, в комбинация с подходящи биосмоли, е способна да изгражда детайли с прецизност под 50 микрона във височина и 100 микрона в равнина. Платформата позволява валидирането на кандидат формулировки на биосмоли, които да увеличат избора пред тъканните инженери при изграждането на биопринтирани тъканни модели. Платформата вече послужи за формулиране на биосмоли на основата на три различни полимера, включително такава, съдържаща колаген.
Стереолитографското биопринтиране превъзхожда най-често срещания метод на биопринтиране, екструзионният, като осигурява:
- По-добра резолюция, т.е. по-финни детайли
- По-добра точност, т.е. по-добро възпроизвеждане на заложения дизайн
- По-добра възпроизводимост, т.е. подобни резултати от един до следващ принт
- По-висока скорост, защото целия слой се принтира наведнъж вместо точка по точка
- Ковалентни връзки между слоевете при SLA вместо вандерваалсови взаимодействия при екструзионното биопринтиране
- По-лесно се създават васкуларни структури, които да симулират кръвоносна система
- По-висока клетъчна преживяемост поради липсата на механични влияния върху клетките
- Ниския вискозитет на смолата позволява на клетките ефективен газообмен, което прави възможно по-дълъг процес на принтиране
- По-бързото и по-дългото принтиране позволява изграждането на значително по-комплексни структури
- По-лесно паралелизиране на принтирането
Потенциала на платформата за стереолитографско биопринтиране се изразява в следното:
- Позволява създаването, развитието и оптимизирането на смоли, подходящи за всякакъв вид стереолитографско биопринтиране (DLP, MSLA, 2PP). Включително за т. нар. обемно принтиране, което позволява принтиране на цели обекти за секунди.
- Създава възможност за развиване на нова фундаментална наука, както и на иновативни продукти чрез изследването и развиването на фоточувствителни биосъвместими смоли за биофабрикация
- Платформата насърчава интердисциплинарна научно-развойна дейност в една изключително иновативна сфера, в която са нужни уменията и знанията на инженери, химици, биолози и медицински лица.
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
1006
1
14.02 2022 в 10:39
Весел празник!
Последни коментари