3D-печатные гидрогелевые нанокомпозиты помогают очистить кровь от токсинов

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего собрали детоксикационный 3D-принтер, вдохновившись тем, как печень выводит опасные токсины из крови человека. Устройство использует наночастицы, которые захватывают порообразующие токсины, опасные для клеточных мембран и являющиеся ключевой причиной заболеваний, вызванных укусами животных и бактериальными инфекциями.

3D-принтер, основанный на принципе действия печени
(фото: Калифорнийский университет)

Наночастицы уже доказали свою эффективность в нейтрализации порообразующих токсинов в крови, однако в неусвоенном виде они могут накапливаться в печени, вызывая риск вторичного отравления, особенно среди пациентов, которые уже страдают печеночной недостаточностью.

Команда исследователей под руководством наноинженера Шаохена Чена создала 3D-печатный гидрогелевый матрикс для размещения наночастиц, в результате получив устройство, имитирующее структуру и функции печени. Большая площадь поверхности предназначена для эффективного обнаружения, привлечения и захвата токсинов в крови. Устройство становится красным всякий раз, когда захватывает токсины.

Сейчас устройство, предназначенное для применения вне тела, находится на экспериментальном этапе. В ходе лабораторного исследования оно полностью нейтрализовало порообразующие токсины.

«Использование 3D-печати для заключения активных наночастиц в биосовместимый гидрогель – это принципиально новый подход, – говорит Чен. – Он может привести к появлению множества новых устройств детоксификации, так как 3D-печать позволяет производить специфические продукты с широкими функциональными возможностями».

Динамическая проекционно-оптическая стереолитография

В рамках технологии биопроизводства Чена под названием динамическая проекционно-оптическая стереолитография используется компьютерная проекционная система и тщательно настроенные зеркала, которые отражают и направляют свет на определенную область раствора с содержанием фоточувствительных биополимеров и клеток. При фотоиндуцированном процессе затвердевания за один подход получается один слой твердой структуры.

Технологию динамической проекционно-оптической стереолитографии можно применять для производства структур в микро- и наноразрешении, необходимых для создания тканей с мельчайшими природными деталями, в том числе кровеносными сосудами, которые чрезвычайно важны для передачи питательных веществ и кислорода по всему телу.

В 2012 году команда Чена представила технологию динамической проекционно-оптической стереолитографии, с помощью которой крошечные трехмерные структуры можно создавать из мягкого биосовместимого гидрогеля буквально за секунды.

Искусственная печень или почка будут бесполезны для регенеративной медицины без встроенной сосудистой системы. Благодаря технологии динамической проекционно-оптической стереолитографии команда Чена смогла создать более сложные геометрические структуры, такие как цветы, спирали и полусферы. Что касается других существующих технологий производства трехмерных структур, например, двухфотонной фотополимеризации, при их использовании на печать необходимой структуры могут уходить целые часы.

Проект получил четырехлетнюю финансовую поддержку от Национального института здравоохранения в размере 1,5 миллионов долларов и грант от Национального научного фонда.

Результаты работы исследователей были опубликованы в номере журнала Nature Communications от 8 мая.

Статья подготовлена для 3DToday.ru