Ученые Росатома, НИТУ МИСИС и 3D Bioprinting Solutions работают над биофабрикацией человеческих органов

Биофабрикация подразумевает искусственное конструирование и выращивание вне организма человека живых функциональных тканей и органов для последующей трансплантации. Чаще всего для этого применяют технологию 3D-биопечати. Главная задача — разработать инновационные инженерные методы для трехмерного формирования клеточного материала, включая кровеносные сосуды, необходимые для поддержания жизни клеток.

Выращенный сосуд

Ученым Росатома уже удалось вырастить кровеносный сосуд с помощью биопринтера, сообщает корпоративная пресс-служба на портале Naked Science. Подобный подход может решить проблему отторжения трансплантатов.

«Россия в области биопечати находится в числе мировых лидеров: в 2015 году российская компания 3D Bioprinting Solutions напечатала первый в мире функциональный орган — щитовидную железу, а в 2018-м провела первую магнитную биопечать на борту МКС. В 2023 году НИТУ МИСИС, 3D Bioprinting Solutions и госпиталь имени Бурденко провели первую в мире биопечать сразу на пациенте», — рассказал директор Института биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС Федор Сенатов.

Ученые работают над созданием бескаркасных конструкций с использованием методов магнитной и акустической биофабрикации. При таком подходе клетки образуют тканевые инженерные конструкции без дополнительных химических поддержек.

В Росатоме разработкой технологии биофабрикации занимается Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований совместно со студентами магистерской программы по биомедицинской инженерии и биофабрикации НИТУ МИСИС. Это новое направление передовой инженерной школы «Материаловедение, аддитивные и сквозные технологии», действующей на площадке университета при поддержке Росатома.

Молодые ученые и студенты изготавливают из клеток так называемые тканевые сфероиды и анализируют их биомеханические свойства, участвуют в создании лабораторного оборудования для формирования клеточных аналогов сосудов, разрабатывают биопринтеры нового поколения.

Магнитоакустический принтер

Чтобы вырастить сосуды малых диаметров, ученые применяют магнитоакустический биопринтер и биореактор. Процесс проходит три этапа. В первую очередь из клеток пациента наращивается биоматериал, затем ему придают нужную форму, и в результате процессов клеточного слияния образуется единая ткань. Чтобы научить сосуд правильно работать и выполнять свои функции, на третьем этапе его помещают в биореактор для дозревания.

Технология бесконтактного формирования живых тканей из клеток пациентов, основанная на использовании физических полей, обеспечивает высокую биосовместимость и свойства, сравнимые с собственной тканью.

Интересная особенность метода — мгновенное формирование структур, что важно для обеспечения жизнеспособности клеток. Главные исследования в этой области провели в свое время еще на орбитальной станции «Мир», во время эксперимента «Кулоновский кристалл». Так удалось создать кластеры из неорганического материала в условиях магнитной ловушки.

«С 2018 года исследования уже с использованием клеточного материала проводят на борту российского сегмента МКС в рамках эксперимента «Магнитный биопринтер». Сегодня отработка биопечати в условиях микрогравитации позволила перейти к ее технологической реализации на Земле с использованием сильных магнитных полей. Одна из перспектив этого подхода — возможность перехода от биофабрикации отдельных функциональных органоидов к созданию полноценных органов путем формирования кровеносного сосудистого дерева. Это открывает новые возможности в области регенеративной медицины и может значительно улучшить качество жизни пациентов, нуждающихся в трансплантации органов», — рассказал руководитель лаборатории аддитивных технологий и биоинжиниринга Троицкого института инновационных и термоядерных исследований Владислав Парфенов.

В следующем десятилетии ученые планируют перейти к биофабрикации более сложных органов. Подобные технологии, по их мнению, станут прорывом в трансплантологии, поскольку позволят сократить число нуждающихся в пересадке органов и помогут вернуться к нормальной жизни более чем двум тысячам человек каждый год.

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.