Портативный биопринтер весит всего 997 гр.
Исследователи Университета Торонто разработали 3D-биопринтер, способный печатать полоски биоматериала для заживления глубоких ран на коже. Портативный девайс помещается в руку и весит 997 гр. Он может распечатать кожную «заплатку» шириной в 2 см за пару минут.
Испытания 3D-биопринтера проводились на крупных и мелких животных: для этого на коже животного вырезалась рана размером 20х40 мм, делалась подложка из агарозы, после чего наносился слой печатного биоматериала.
Материалы и методы
На рисунке выше показана схема, демонстрирующая процесс биопечати. Клетки суспендируются в гидрогелевом растворе. Затем ими наполняют один (или при необходимости несколько) шприцев. В еще одном шприце содержится раствор, образующий поперечные связи (на рисунке а показан синим). Этот раствор в умеренных условиях (т.е. при естественном pH и температуре тела) способствует превращению биополимерного раствора в гель.
После установки заправленных шприцев в ручной биопринтер биочернила наносятся как биологический материал или пласт ткани на чашку для культивирования или непосредственно на поверхность раны. Например, биочернила, содержащие фибробласт человека, можно равномерно распределить в дермальный слой толщиной 0,1 – 0,6 мм. Биочернила, содержащие кератиноциты, можно наносить параллельными полосами, разделёнными бесклеточными полосами, что напоминает сетчатую эпителиальную пересадку кожи.
Микрофлюидный картридж
Основная часть инструмента – микрофлюидный картридж из полупрозрачного полимера. Он был создан на 3D-принтере. Картридж обеспечивает равномерное поперечное распределение как минимум двух растворов в микроканальные сети, расположенные в отдельных плоскостях. В картридже есть выходные отверстия шириной 8, 14 и 20 мм.
Подготовка подложки из агарозы
Раствор 2% агарозы в деионизированной воде готовится путем нагрева микроволновым излучением. Раствор остужают до 60°C перед тем как вылить его на стерильные чашки Петри, что приводит к образованию гелевого слоя толщиной 3 мм. Гель затвердевает за 30 минут пребывания в комнатной температуре.
Подготовка биочернил
Исследователи приготовили биочернила с тремя разными составами.
1. Для альгинатных коллагеновых пластов: альгинат натрия растворили в растворе DMEM и 20 ммоль/л ГЭПЭС и отфильтровали при помощи 0,1 мкм шприцевого микрофильтра. Коллаген 1-го типа был сбалансирован до pH 7 при помощи 1 г/моль NaOH в фосфатно-солевом буферном растворе (PBS). Два исходных раствора смешали, чтобы в результате получить концентрацию 5 мг/мл коллагена 1-го типа и 2% альгината. Раствор держали на льду перед использованием.
2. Биочернила для дермального слоя: 5% фибриноген растворили при 37 °C в PBS при умеренном помешивании на протяжении 2 часов. 1% гиалуроновой кислоты растворили в PBS. Растворы смешали в пропорции 1:1, а затем отфильтровали. Раствор коллагена 1-го типа был сбалансирован при помощи NaOH до pH 7 и смешан с отфильтрованным раствором фибрина/гиалуроновой кислоты, чтобы в результате получить концентрацию из 1.25% фибриногена, 0.25% гиалуроновой кислоты, и 0.25% коллагена. Раствор держали на льду перед использованием.
3. Биочернила для эпидермального слоя: приготовлены с итоговой концентрацией 2.5% фибриногена и 0.25% гиалуроновой кислоты.
До и после нанесения чернил (рисунок f)
Команда разработчиков устройства надеется, что когда-нибудь их девайс будут использовать в клинических условиях, чтобы улучшить лечение ожогов и других сильных повреждений кожи.
Полный текст работы доступен по ссылке.
Похожее устройство создали корейские ученые еще в 2017 году. Это был 3D-биопринтер, который печатал биоматериал, сильно напоминающий по составу человеческую кожу, но стоимость такого материала была в 50 раз дешевле, чем у аналогов. Кожа создавалась на базе коллагенового материала и полипролактона и созревала две недели.
А ученые из Австралии создали 3D-печатную биоручку, которая способна печатать хрящевые ткани прямо на поврежденных участках организма: костях, сухожилиях или мыщцах. Биоматериал создавался из гидрогеля и стволовых клеток. Состав обрабатывался ультрафиолетовым облучением.
Больше о медицине будущего и 3D-печати — на robo-hunter.com.
Комментарии (22)
Vadzimkan
07.05.2018 21:02+1А не проще ли в данном случае использовать обычный шпатель? :)
Meklon
07.05.2018 21:52Я ж о том же. Тем более, что клетки культивируются плоскими слоями в инкубаторе. Принтер и/или каркасы нужны для трёхмерных патчей.
neon_coke
08.05.2018 09:41Но по трехмерным патчам, к сожалению, пока все очень печально. ИМХО 3d bioprinting тупиковая технология в том виде что ее пытаются продвигать — печать раствором клеток или небольшими группами клеток.
Meklon
08.05.2018 10:14У нашей группы есть интересные результаты на базе децеллюляризированных каркасов.
neon_coke
10.05.2018 09:36Децеллюляризированные каркасы применяете с 3д биопринтингом? На сколько я помню на децеллюляризированных каркасах пока только удалось 2д структуры повторить с применением нескольких типов клеток. Или вы пошли дальше?
Meklon
10.05.2018 10:32Я выше ссылку на Biomaterials приводил. У нас вполне полноценная заплатка диафрагмы у крыс получилась. Есть подвижки в создании полых органов вроде пищевода. Тоже публикации есть. Там сложная подготовка в биореакторе требуется, смешанные культуры клеток для репопуляции каркаса и потом префабрикация уже внутри самого организма перед финальной пересадкой. Конечно, там еще копать и копать.
Astartan
Читая подобные новости, удивляюсь: почему это всё так долго внедряется в массовое производство? С лекарствами понятно: нужно выявить побочные действия и более досконально само действие на организм. Неужели, обычный лейкопластырь (а описанный девайс вполне можно сравнить с лейкопластырем), встречал на своём внедрении преграды?
ru1z
На прошлой неделе ходил на лекцию по биопринтингу — там лектор вещал, что легче создавать комплексное решение мединституту, чем продавать как продукт. Не знаю всех причин, но как минимум есть сложности с обучением персонала (это уже операция получается, т.е. нужен хирург, например), а также необходимостью стерильных условий (тем более, в случае если печатают напрямую клетки, это не лейкопластырь, все намного сложнее). Кроме того, здесь тоже нужно доказать пользу/безвредность (заживление на мышках, свинках). Лектор еще говорил, что уже во многих крупных медцентрах есть биопринтеры.
Лучше призвать Meklon, для конкретики.
Meklon
У нас нет. Я сейчас как раз кожей занимаюсь. В принципе, здесь принтер нафиг не нужен. Зачем он для печати плоского листа? Просто осаждение послойное в чашках Петри. Вполне отработанный вариант. И ещё. Дефект шириной 20мм — это не критический дефект. Он сам заживает. Гораздо интереснее закрыть площадь порядка 80x80 мм и более.
ru1z
Спасибо за разъяснения! Наверное канадцы отрабатывают технологию, потом вероятно перейдут на более протяженные или трехмерные объекты, раз печать клетками.
Я как раз на лекцию по BioPen и другим разработкам от австралийских ученых ходил, очень интересно оказалось. Даже жаль, что как-то недооценивал раньше современные возможности технологии в медицине. Некоторые вещи фантастично звучат, надеюсь сработает :).
Надеюсь, напишите статью про ваши разработки и про то как можно посодействовать со стороны смежных специальностей или проекту в-общем. Было бы очень интересно узнать.
Meklon
У меня все под NDA. Ну разве что только почитать те научные публикации, что уже вышли.
Вот мой профиль на Researchgate. Там много что есть из тех публикаций, где я соавтор.
ru1z
Отлично, хотя бы так).
Meklon
Sci-hub в помощь) могу посоветовать эту публикацию в Biomaterials.
ru1z
Хм, звучит как-то духовно))). Помогает, не то слово, никакая подписка не обошла еще sci-hub, жаль нет для баз данных своих хабов.
Впечатляет работа, начиная от списка учреждений, стран и авторов и заканчивая
страшными (трансплантация и томография)картинками, интересно живете, не скучаете). Даже жаль, что нельзя участвовать в таком деле. Спасибо за статью. Удачи в исследованиях!Meklon
Спасибо) там не один год труда нескольких команд. Как вспомню, как крысу в томограф запихивал… Он для человеческой головы на самом деле. Пришлось мастерить подставку и силиконовую подушку для фиксации позы.
ru1z
Я когда читал, именно об этом думал — как же так много народу работало вместе, это же месяцы только согласовать между собой))).
Не сомневаюсь, что было много нестандартных решений. Впрочем большинство методов в статье я не представляю, ну криосрезы напрягая воображение я представляю, благо мороженное мясо резать приходилось, но как какую-нибудь спирометрию у крысы делать — не хватает воображения (на человеке представляю, т.к. был подопытным волонтером на одном медпроекте). А ведь крысиная спирометрия наверняка рутинная процедура. Надеюсь 3д-принтинг поскорее придет в быт, после всех этих сложностей.
Meklon
Не… Ни хрена не рутинная) я изобретал специальные силиконовые переходники для их мордочки. Стандартный вариант подразумевает интубацию, а мне удалось сделать нативный вариант с индивидуальным силиконовым шлемом.
ru1z
Это нужно видеть теперь)))).
Надеюсь, сплевывать крыс не нужно было заставлять. Не зря лабораторной живности памятники ставят.
Meklon
Вот как-то так) и в стеклянную воронку с датчиком.
ru1z
Это нужно срочно патентовать)))
Meklon
Тут область потенциального применения — обширные раны и ожоги. Это не про бытовые порезы.
i_Max2
Для порезод уже давно существует медицинский клей БФ-5