В Израиле не напечатали на 3D-принтере живое сердце

Просторы интернета облетела радостная новость с заголовками вроде «В Израиле впервые напечатали живое сердце на 3D-принтере». Разбираемся, действительно ли исследователям из Тель-Авивского университета удалось с помощью технологий 3D-печати воспроизвести настоящее сердце (спойлер: пока что нет).Конечно, в идею аддитивного производства трансплантируемых органов очень хочется верить, но пока что до такого уровня технологиям биомедицинской 3D-печати и тканевой инженерии далековато. Хотя это вовсе не означает, что прогресс стоит на месте, а команда израильских ученых под руководством профессора Таля Двира не заслуживает всяческих похвал. Научный коллектив работает над нужным и важным направлением — созданием полностью органических, ничем не отличающихся от натуральных тканей сердца.

Зачем это нужно? Во-первых, для оценки эффективности новых фармакологических препаратов без проведения опытов на людях. Во-вторых, для лечения различных сердечных болезней, пороков и травм, например последствий инфаркта. Инфаркт приводит к частичной или полной потере работоспособности сердечных мышц. Во втором случае это означает неминуемую смерть, если только не удастся быстро найти донорский орган. Если же имеет место частичное отмирание тканей, работа сердца нарушается, что тоже не сулит ничего хорошего. Как исправить ситуацию? Одна идея заключается в латании необходимого организму насоса своеобразными заплатками из полностью работоспособной, искусственно выращенной, но совершенно натуральной сердечной ткани. Заплатку пересаживают на пораженный участок сердца, где она приживается и восстанавливает функциональность. А со временем можно будет напечатать и полноценную замену органа. Но это в теории.На практике же все намного сложнее. В принципе, нет ничего особо трудного в том, чтобы взять образцы стволовых клеток у пациента и вырастить в лабораторных условиях необходимую дифференцированную клеточную массу. Куда сложнее превратить фарш в стейк. Главная проблема заключается в том, что для формирования, созревания и функционирования тканей жизненно необходима и встроенная кровеносная система, и если 3D-принтеры могут напечатать несколько слоев любой формы клеточной массой, то для печати сосудов не хватает разрешения. К тому же, надо как-то преодолеть проблему с построением полостей, ведь сердце — не просто кусок мяса, а сложная насосная система.

На Земле опыты по 3D-биопечати ограничиваются довольно простыми и малоразмерными конструкциями по двум причинам. Во-первых, в качестве опорных матриксов, которые засеиваются живыми клетками, чаще всего используются натуральные, безопасные и одновременно питательные гидрогели. Если напечатать достаточно громоздкую конструкцию, желеобразный каркас просто расплющится и растечется под собственным весом. Прочность каркаса можно повысить, используя биосовместимые полимеры, но тогда возникает другая проблема: а как их удалить из полостей, например тех же сердечных желудочков уже после созревания органа? Комбинация этих трудностей вынудила американских ученых из компании Techshot, тоже работающих в направлении 3D-печати трансплантируемых сердец, вообще перенести эксперименты в космос и печатать в условиях невесомости. Отправка специально сконструированного биопринтера (на иллюстрации ниже) на Международную космическую станцию запланирована на следующий месяц. Израильские же коллеги решили проблему на Земле, в чем и состоит их заслуга.Для начала ученые подготовили два вида биочернил: один гидрогелевый вариант насытили жировыми клетками и кардиомиоцитами, то есть той самой, пульсирующей мышечной основой сердечной ткани, а второй — эндотелиальными клетками, формирующими внутренние поверхности сосудов и сердечных полостей. Уловка же состоит в том, что 3D-печать осуществляется во взвешенном состоянии. Средой служит густой раствор, содержащий два вида полисахаридов — альгиновую кислоту и ксантовую камедь. Во время инкубации эндотелиальные клетки схватываются с жировыми клетками соединительной ткани в мышечной массе, формируя стенки будущих сосудов, а после инкубационного периода окрепшие ткани остается лишь аккуратно промыть, и voila! Получаем заготовку сердечной мышцы с сосудами диаметром всего в триста микрон.

Что же касается 3D-печатного сердца, то назвать его таковым можно лишь с натяжкой. Сами ученые в докладе используют осторожное словосочетание «сердцеподобная конструкция». Раз методика позволяет эффективно бороться с обрушением относительно крупноразмерных моделей под воздействием гравитации, исследователи просто не могли удержаться от эксперимента по 3D-печати целого органа, а точнее его подобия, пока еще не обладающего необходимой функциональностью, но достаточно близкого анатомически. И безо всяких полетов в космос! Опытный образец имитирует строение человеческого сердца, хотя по размерам подходит для небольшого животного, например кролика. В общем и целом, речь идет о демонстрации новой методики 3D-печати интегрированной кровеносной системы, да и то ожидающей завершения доклинических исследований. Как указывается в докладе, ученым еще предстоит в точности воспроизвести естественную структуру микрососудистых сетей (пока что в опытах использовались просто подходящие математические модели) и найти надежный метод передачи физических и биохимических сигналов с тем, чтобы напечатанные заготовки созревали в полноценные, работоспособные органы, а не беспорядочно бьющиеся в конвульсиях под разрядами тока куски мяса. Тем не менее, начало положено, да и полученные результаты как минимум помогут печатать более эффективные образцы для фармакологических исследований, что уже немаловажно.

Ну а когда ждать 3D-печати полноценных, пригодных для трансплантации человеческих органов? Профессор Двир надеется, что эту задачу удастся решить в течение десяти лет, а к первым клиническим опытам на животных рассчитывает приступить уже через год. Пока же можно ознакомиться с докладом научной команды по этой ссылке.А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.