Инновация: 3D-печать клетками в желудке

Ученые из Китая впервые предложили концепцию биопечати in situ in vivo, чтобы устранить существующие недостатки традиционной биопечати на примере лечения повреждения стенки желудка. Эта работа была представлена как предварительный шаг к новому методу в области биопечати. 
Технологии биопечати получили большое развитие в последние десятилетия благодаря сочетанию автоматизации, цифровизации и новых подходов к тканевой инженерии. Это относится к изготовлению каркасов с помощью технологии аддитивного производства, при которой биочернило слой за слоем наносится в соответствии с конструкцией и создает ткани или органы с биологическими функциями и активностями. Эта новая технология, несомненно, может стать прорывом для клинического применения. 
По данным исследования Lancet, повреждение стенки желудка является одним из наиболее распространенных заболеваний пищеварительного тракта, и около 12% населения мира страдает им в той или иной степени. 
Чтобы удовлетворить потребность в восстановлении внутренних тканей, ученые впервые предложили новую концепцию биопечати in situ in vivo с целью создания микроробота, который проникает в человеческое тело и выполняет восстановление тканей внутри него. 
При разработке и изготовлении этой платформы были использованы методы PC-MEMS, что позволяет выполнять биопечать в микромасштабе. Двухслойные тканевые каркасы были напечатаны на модели желудка. В качестве биочувствительных элементов для имитации анатомической структуры желудка использовались желатин-альгинатные гидрогели с эпителиальными клетками желудка человека и гладкомышечными клетками желудка человека GES-1 и HGSMC. Анализ LIVE/DEAD показал, что культура клеток в течение 10 дней сохранила высокую жизнеспособность, выше 90%, и устойчивую пролиферацию, что указывало на хорошую биологическую функцию клеток в 3D-печатных тканевых каркасах. 

Чтобы имитировать структуру язвы желудка, в этом исследовании использовались эпителиальные клетки желудка человека (клетки GES-1) и клетки гладких мышц желудка (HGSMC) (Otwo Biotech (Shenzhen) Inc., Шэньчжэнь, Китай). Эти клетки культивировали в среде RPMI 1640 (Thermo Fisher Scientific), снабженной 10% фетальной телячьей сывороткой (Biological Industries) и 1% пенициллина G и стрептомицина (Gibco, 10 378–016). 
Эндоскоп с платформой для биопечати вошел в модель желудка для выполнения биопечати. 3D-принтер имеет конструкцию дельта-робота: он состоит из трех соединенных на конце частей, между которыми расположена трубка для подачи гидрогеля. Процесс биопечати тканевых каркасов был разделен на две части: формирование двухслойной решетчатой структуры и сшивание CaCl2. 

Во время работы над данной задачей возникали определенные проблемы, которые в ближайшее время ученые попытаются исправить: внешний диаметр платформы для биопечати составляет около 28 мм, что немного больше, чем у существующего эндоскопа, и, таким образом, накладывает некоторые ограничения на дальнейшие эксперименты на животных. В будущем  будут использоваться приводы меньшего размера, чтобы минимизировать размер платформы. Желатин-альгинатные гидрогели образуют стабильные структуры только при низких температурах и, следовательно, не могут хорошо образовывать структуры в организме животного (около 37°C). Между тем сшивающий агент Ca2+ может влиять на жизнеспособность клеток во время биопринтинга in vivo. Новая система гидрогелей должна стабильно сшиваться при температуре тела и быть безвредным для клеток человека. Кроме того, он должен иметь подходящие механические свойства для биопечати.