Несмотря на то, что за последние несколько лет 3D-печать развивалась стремительными темпами, ее использование для печати функционирующих человеческих органов все еще остается мечтой. Однако в последнее время ученые приблизили эту мечту еще на шаг.
Сердечно-сосудистые заболевания являются основной причиной смерти в Соединенных Штатах.
По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний (CDC), 610 000 человек в США ежегодно умирают от болезней сердца.
После того, как болезнь достигла конечной стадии, единственным вариантом лечения является пересадка сердца.
Поскольку доноров сердца слишком мало, ожидание спасительной трансплантации занимает много времени.
Ученые стремятся найти способы заживления существующей сердечной ткани, чтобы не требовалась пересадка.
Например, если хирурги могут имплантировать материал в сердце, он может сформировать временный каркас для поддержки клеток и ускорения клеточной реорганизации.
Эта так называемая инженерия сердечной ткани имеет ряд проблем. Прежде всего, ученые должны найти материал, от которого тело не отказалось бы. Исследователи уже опробовали ряд материалов и методов, но идеальными кандидатами являются клетки организма пациента.
Биоинк и стволовые клетки
За последние годы исследователи добились определенного прогресса в искусственном копировании человеческих тканей.
Группа ученых из Тель-Авивского университета в Израиле продвинулась в этой работе еще на один шаг и перешла в разработке сердечной ткани на следующий уровень.
«Это первый случай, когда кто-либо где-либо успешно разработал и напечатал целое сердце, переполненное клетками, кровеносными сосудами, желудочками и камерами».
Ведущий научный сотрудник проф. Тал Двир
Ученые разработали новаторский подход, который позволяет им создавать самую точную копию настоящего сердца на сегодняшний день.
Их первым шагом было взять биопсию жировой ткани у пациента, затем они отделили клеточный материал от неклеточного материала.
Исследователи перепрограммировали клетки жировой ткани, чтобы они стали плюрипотентными стволовыми клетками, которые могут развиваться в диапазоне типов клеток, необходимых для роста сердца.
Неклеточный материал состоит из структурных компонентов, таких как гликопротеины и коллаген; ученые изменили их, чтобы превратить их в «биоинк».
Затем они смешали биоинк со стволовыми клетками. Клетки дифференцировались в сердечные или эндотелиальные клетки (которые выстилают кровеносные сосуды), которые ученые могли использовать для создания заплаток для сердца.
«Размер сердца кролика»
«Это сердце сделано из человеческих клеток и специфических для пациента биологических материалов. В нашем процессе эти материалы служат как биоинксы, вещества из сахаров и белков, которые можно использовать для 3D-печати сложных моделей тканей», — говорит профессор Двир.
Далее он говорит: «В прошлом люди умели 3D-печатать структуру сердца, но не с помощью клеток или кровеносных сосудов. Наши результаты демонстрируют потенциал нашего подхода к разработке персонализированной замены тканей и органов в будущем.»
Чтобы продемонстрировать потенциал своей техники, ученые создали маленькое, но анатомически точное сердце с кровеносными сосудами и клетками.
«На данном этапе наше трехмерное сердце маленькое, размером с сердце кролика», — говорит профессор Двир. «Но большие человеческие сердца требуют такой же технологии».
Стоит отметить, что эта технология все еще очень далека от возможности замены сердечных трансплантатов. Это просто еще один шаг на пути — хотя и довольно большой шаг.
По словам профессора Двира, следующая важная задача — научить их вести себя как сердца; он объясняет, что им «необходимо развивать отпечатанное сердце. Клетки должны формировать насосную способность; в настоящее время они могут сокращаться, но нам нужны они для совместной работы».
«Мы надеемся, — продолжает он, — что мы добьемся успеха и докажем эффективность и полезность нашего метода».
Впереди еще долгий путь, но исследователи воодушевлены тем, как далеко они продвинулись.
«Возможно, через 10 лет в лучших больницах мира появятся принтеры для органов, и эти процедуры будут проводиться регулярно».
Профессор Тал Двир
