Інновація: 3D-друк клітинами в шлунку

Вчені з Китаю вперше запропонували концепцію біодруку in situ in vivo, щоб усунути наявні недоліки традиційного біодруку на прикладі лікування ушкодження стінки шлунку. Ця робота була представлена як підготовчий етап до нового методу в області біодруку.
Технології біодруку отримали великий розвиток в останні десятиліття завдяки поєднанню автоматизації, цифровізації та нових підходів до тканинної інженерії. Це стосується виготовлення каркасів за допомогою технології адитивного виробництва, при якій біочорнило шар за шаром наноситься відповідно до конструкції та створює тканини або органи з біологічними функціями й діями. Ця нова технологія, безсумнівно, може стати проривом для клінічного застосування.
За даними дослідження Lancet, пошкодження стінки шлунку є одним з найбільш поширених захворювань травного тракту.
Щоб задовільнити потребу в відновленні внутрішніх тканин, вчені вперше запропонували нову концепцію біодруку in situ in vivo з метою створення мікроробота, який проникає в людське тіло й виконує відновлення тканин всередині нього.
При розробці й виготовленні цієї платформи були використані методи PC-MEMS, що дозволяє виконувати біодрук в мікромасштабі. Двошарові тканинні каркаси були надруковані на моделі шлунку. В ролі біочуттєвих елементів для імітації анатомічної структури шлунку використовувалися желатин-альгінатний гідрогель з епітеліальними клітинами шлунку людини й гладком'язовими клітинами шлунку людини GES-1 і HGSMC. Аналіз LIVE/DEAD показав, що культура клітин протягом 10 днів зберегла високу життєздатність, вище 90%, і стійку проліферацію, що вказувало на добру біологічну функцію клітин в 3D-друкованих тканинних каркасах.

Щоб імітувати структуру виразки шлунку, в цьому дослідженні використовувалися епітеліальні клітини шлунку людини (клітини GES-1) і клітини гладких м'язів шлунку (HGSMC) (Otwo Biotech (Shenzhen) Inc., Шеньчжень, Китай). Ці клітини культивували в середовищі RPMI 1640 (Thermo Fisher Scientific), забезпеченим 10% фетальної телячої сироватки (Biological Industries) і 1% пеніциліну G і стрептоміцину (Gibco, 10 378-016).
Ендоскоп з платформою для біодруку увійшов в модель шлунку для його виконання. 3D-принтер має конструкцію дельта-робота: він складається з трьох з'єднаних на кінці частин, між якими розташована трубка для подачі гідрогелю. Процес біодруку тканинних каркасів був розділений на дві частини: формування двошарової ґратчастої структури й зшивання CaCl2.

Під час роботи над цим завданням виникали певні проблеми, які найближчим часом вчені спробують виправити: зовнішній діаметр платформи для біодруку становить близько 28 мм, що трохи більше, ніж в наявного ендоскопа, і, таким чином, накладає деякі обмеження на подальші експерименти на тваринах . У майбутньому будуть використовуватися приводи меншого розміру, щоб мінімізувати розмір платформи. Желатин-альгінатний гідрогель утворює стабільні структури тільки при низьких температурах і, отже, не може добре утворювати структури в організмі тварини (близько 37°C). Тим часом зшиваючий агент Ca2 + може впливати на життєздатність клітин під час біодруку in vivo. Нова система гідрогелів повинна стабільно зшивати при температурі тіла і бути нешкідливим для клітин людини. Крім того, він повинен мати відповідні механічні властивості для біодруку.