3D-принтеры помогают изучать инфекционные болезни

21 Октября 2013
1836
0

Друзья, небольшое вступление!
Перед прочтением новости, позвольте пригласить вас в крупнейшее сообщество владельцев 3D-принтеров. Да, да, оно уже существует, на страницах нашего проекта!
Подробнее >>>

Мы продолжаем рассказывать о том, как 3D-принтеры оказывают помощь человеку в медицине. У нас уже было несколько статей про изучение бактерии, но сегодня мы дадим более развёрнутый обзор, как это происходит. Мы писали в предыдущих статьях про 3D-принтеры, которые способны напечатать не только супер-скоростную зубную щетку и цифровую камеру, но и про те, что умеют печатать даже микроскопические "домики" для бактерий.

1

 Этот трехмерный череп шимпанзе был распечатан с использованием той же технологии, какую сегодня используют в лаборатории Шера для печати "клеток" для бактерий. 

 Посадив бактерии в микроскопические домики, ученые из Техасского Университета в Остине (США), изучают как эти болезнетворные бактерии, подобные найденным в человеческих кишечнике и легких, взаимодействуют и вызывают инфекционные заболевания.

 В ходе недавнего эксперимента было установлено, что колония бактерий золотистых стафилококков, вызывающих некоторые кожные заболевания, стала более устойчивыми к антибиотикам, будучи окруженной более крупной колонией синегнойной палочки - возбудителя различных заболеваний, включая фиброзно-кистозную дегенерацию.

 Эта работа была опубликована на прошлой неделе в журнале Национально Академии Наук.

 Исследователи используют новую технологию 3D-печати для строительства домиков для бактерий на микроскопическом уровне. При помощи лазера они выстраивают протеиновые "клетки" вокруг бактерий в желатине. Сооружения могут быть практически любой формы и размера, а кроме того их можно передвигать относительно других сооружений, содержащих микроколонии бактерий.

Этот метод позволит начать серию совершенно новых экспериментов, в которых смоделированы условия существования бактерий в биологических средах, таких как человеческий организм.

"Практически, это позволяет определять любую из переменных", говорит Джоди Коннелл, исследователь Университета Естественных Наук. "Мы можем устанавливать пространственные параметры в масштабах единичной бактерии.   Кроме того, теперь нам доступно точное воссоздание таких видов экологий бактерий, какие создаются при настоящих инфекциях. Обычно, в естественных условиях, развивается не один, а несколько видов бактерий, взаимодействующих между собой."

2

Исследователи используют новую технологию 3D-печати для строительства домиков для бактерий на микроскопическом уровне. Сооружения (на изображении представлены красным цветом) могут быть практически любой формы и размера, а кроме того их можно передвигать относительно других сооружений, содержащих микроколонии бактерий (изображены зеленым). (Фотография Джейсона Шера)

 Для этого метода используется реагент на основе желатина, обладающий рядом важнейший свойств. Благодаря этим свойствам бактерии могут комфортно жить и размножаться. Теплый раствор представляет собой жидкость, но при комнатной температуре он застывает и становится упругим, как мармеладные конфеты. Кроме того, раствор содержит фоточувствительные молекулы, которые соединяются между  собой, когда на них попадает свет лазера.

 Бактерии помещаются в раствор, и когда раствор остывает, бактерии оказываются "взаперти". Коннелл и его коллеги, включая Джейсона Шера, профессора химии, и Марвина Уитли, профессора молекулярной биологии, определяют какие бактерии им нужно поместить в "домик" и какой формы он должен быть. Затем они, при помощи чипа от цифрового видео проектора, проецируют лазерным лучом двух-мерное изображение на желатин. В местах фокусировки лазера формируется твердое вещество.

 "Таким образом мы формируем слой за слоем, пока не построим сооружение целиком", сообщает Шер. "Это очень просто. По сути мы создаем картинки и складываем их друг на друга, формируя 3D-структуры, но все это проводится под очень тщательным контролем. Представьте себе толщину волоса, затем его сотую долю, а теперь возьмите четверть от нее. Такой толщины лазер мы используем, когда создаем мельчайшие детали сооружений."

 После завершения постройки, мы кормим бактерии и даем им размножаться внутри клеток до необходимой плотности.  Исследователи могут помещать различные колонии микроорганизмов достаточно близко, чтобы они могли обмениваться сигналами. Помимо этого, ученые теперь могут вымывать избыток желатина, останавливая тем самым рост бактерий, а так же сохранять их для дальнейшей транспортировки в другие лаборатории.

 "Важно то, что мы можем контролировать не только геометрические параметры структур, но и то, что теперь они стали гораздо более биологически совместимыми", утверждает Шер. "Стены, созданные из протеиновых молекул, имеют достаточно крепко и плотно связи, позволяющие удерживать бактерии внутри, но при этом они достаточно пористы, чтобы пропускать химические соединения.  Например, питательные вещества легко просачиваются внутрь. А продукты жизнедеятельности бактерий могут выводиться наружу. Таким образом бактерии могут обмениваться сигналами.  Они заперты в этих крохотных домиках, но они функционируют подобно тому, как они вели бы себя в биологической среде."

3

Бактерии помещаются в раствор, и когда раствор остывает, бактерии оказываются "взаперти". Исследователи затем определяют какие бактерии они хотят посадить в домики и какой формы они должны быть. Затем, при помощи лазера, они выстраивают эти "клетки". (Иллюстрация Джейсона Шера)

 Шер считает, что новая технология позволит проводить самые различные виды экспериментов.  Рост бактерий можно в любой момент остановить и провести анализ экспрессии генов, чтобы увидеть, какие гены активировались, а какие отключились в ответ на созданные условия. Множество различных бактерий можно заставить взаимодействовать в различных условиях, при различной плотности и на протяжении разных временных интервалов. Бактерии, такие как Стафилококки и Псевдомонады могут быть сгруппированы в структуру "сердцевина и оболочка", со Стафилококками в центре, окруженными Псевдомонадами, для того, чтобы видеть, что произойдет, когда они столкнутся с атакующими агентами.

"Эти бактерии крайне распространены и часто оказываются вместе в различных инфекциях, и поэтому было бы логичным предположить,  что у них уже выработались механизмы, благодаря которым они чувствуют присутствие друг друга" "Эта технология позволяет нам заставлять их "общаться" друг с другом в строго определенном формате, и видеть что при этом происходит"  В данном случае Стафилококки почувствовали присутствие Псевдомонад и одной из реакций стала их большая устойчивость к антибиотикам".

Среди долгосрочных целей этого проекта - использование результатов таких экспериментов для совершенствования методов борьбы с инфекционными болезнями человека.

"Возьмите, к примеру, больницы, в которых, как известно, довольно много различных инфекций," - говорит Шер - "существуют исследования, согласно которым эти инфекции передаются очень небольшими колониями, переносимыми на оборудовании или сотрудниках из одной части больницы в другую. Нам сегодня известно очень мало о том, как это происходит. Сколько клеток для этого необходимо? Становятся ли эти микроколонии особенно опасными или антибиотикоустойчивыми именно из-за своего маленького размера, и лишь затем меняют свойства других бактерий на коже и внутри нашего тела? Теперь у нас есть необходимые средства, чтобы начать заниматься этими вопросами более подробно.

Статья подготовлена эксклюзивно для 3dtoday.ru

Данная новость перенесена в архив новостей.

Следите за развитием технологии в блогах пользователей 3D-принтеров.
Самые интересные новости индустрии 3D-печати теперь расположены в новостных блогах.
21 Октября 2013
1836
0

Написать комментарий

Последние распечатанные 3D модели

nightdemonx
Распечатано на: Ultimaker 2+
Medelis
Распечатано на: Deltabot
de-si-gn
Распечатано на: RepRap
Medelis
Распечатано на: Deltabot

Новые 3D-модели

Шахматные фигурки (продолжение).
zloybarbos
Шахматные фигурки (продолжение).
Шахматные фигурки2
zloybarbos
Шахматные фигурки2
Набор шахматных фигурок...
zloybarbos
Набор шахматных фигурок...
Крепление фонарика на ружьё
Gryadun
Крепление фонарика на ружьё