Учёные совершают прорыв в функциональной 3D-печати человеческих тканей

В Сиднее запущен проект с использованием методов биоинженерии и клеточной культуры, чтобы приучить стволовые клетки, полученные из клеток крови и клеток кожи, стать специализированными и образовывать органоподобные структуры. Проект был возглавлен профессором Хала Зрейкат и доктором Питером Ньюман из Сиднейского университета биомедицинской инженерии, а также профессором Патриком Тэмом, возглавляющим исследовательский отдел эмбриологии CMRI. Исследовательская работа группы под названием «Программирование формирования многоклеточного паттерна с помощью механо-химически микроструктурированных клеточных ниш» была опубликована в журнале Advanced Science.

Заглядывая в будущее, исследовательская группа теперь сосредоточится на разработке своей методики для развития области регенеративной медицины и поиске новых методов лечения ряда заболеваний.

«Наш новый метод служит инструкцией для клеток, позволяя им создавать ткани, которые лучше организованы и более похожи на свои естественные аналоги. Это важный шаг на пути к возможности печатать рабочие ткани и органы на 3D-принтере», — прокомментировала профессор Хала Зрейкат. Клеткам требуются подробные инструкции в виде стратегически расположенных белков и механических триггеров для построения тканей. По словам доктора Ньюмана, без этих конкретных инструкций клетки, скорее всего, будут группироваться непредсказуемым и неточным образом.

В ходе этого исследования ученые использовали новую технику 3D-фотолитографической печати для генерации микроскопических механических и химических сигналов, которые направляют клетки в точные и организованные структуры, подобные органам. Этот метод был использован для успешного создания комплекса костно-жировой клетчатки, напоминающего структуру кости. С помощью этого метода также была изготовлена совокупность тканей, напоминающая процессы раннего развития млекопитающих.

«В прошлом стволовые клетки выращивали для создания многих типов клеток, но мы не могли контролировать, как они дифференцируются и собираются в 3D», — прокомментировал профессор Тэм. «Благодаря этой биоинженерной технологии мы теперь можем направлять стволовые клетки на формирование определенных типов клеток и правильно организовывать эти клетки во времени и пространстве, тем самым воспроизводя реальное развитие органа».

Есть надежда, что это исследование поможет лучше понять, как органы развиваются и функционируют, а также как генетические мутации и ошибки развития влияют на заболевания органов. Более того, считается, что это исследование открывает потенциал для развития клеточной и генной терапии. Действительно, способность производить желаемые типы клеток может облегчить производство клинически значимых стволовых клеток для терапевтического использования.

«Этот метод имеет огромное практическое значение. Например, в регенеративной медицине, где существует острая потребность в трансплантации органов, дальнейшие исследования с использованием этого подхода могут способствовать росту функциональных тканей в лаборатории», — пояснила профессор Хала Зрейкат.

Доктор Питер Ньюман добавил, что «эта технология может революционизировать то, как мы изучаем и понимаем болезни. Создавая точные модели больных тканей, мы можем наблюдать прогрессирование заболевания и реакцию на лечение в контролируемой среде».

Исследователи особенно надеются, что их результаты помогут лечить потерю зрения, вызванную дегенерацией желтого пятна и наследственными заболеваниями, приводящими к потере фоторецепторных клеток сетчатки.

«Если мы сможем создать участок клеток с помощью биоинженерии и увидеть, как функционирует вся система, тогда мы сможем исследовать методы лечения, которые используют функциональные клетки для замены клеток в глазу, которые были потеряны из-за болезни», — заявил профессор Тэм.

«Это будет иметь большое значение, если мы сможем доставить здоровые клетки в глаз. Независимо от того, была ли макула (область сетчатки, ответственная за центральное зрение) утрачена из-за наследственного заболевания или из-за травмы, лечение будет одинаковым».

Несмотря на многообещающие результаты этого исследования, 3D-биопечать жизнеспособных, пригодных для трансплантации органов все еще далека от реализации. Однако ряд компаний добиться прогресса в достижении этой долгосрочной цели.