Автор:
Т. Боланд
История:
3D печать для создания клеточных конструкций впервые была применена в 2003 г., когда Томас Боланд из университета Клемсона (США) запатентовал использование метода струйной печати для клеток. В этом процессе используется модифицированная система крапления, которая позволяет накладывать клетки на 3D матрицы, размещенные на определенном субстрате.
Органы, которые были успешно напечатаны таким методом и внедрены в клиническую практику, являются либо довольно плоскими, как кожа, либо трубчатыми, как кровеносные сосуды, либо полыми, как мочевой пузырь. Когда подобные искусственные органы нужны для трансплантации, их обычно создают из собственных клеток пациента.
Создание более сложных органов находится в стадии исследования. Среди таких органов сердце, поджелудочная железа и почки. К сожалению, пока довольно сложно предсказать, когда такие органы можно будет использовать в медицинской практике.
В 2013 г. компания Organovo, используя 3D биопринтинг, создала человеческую печень. Хотя такая печень и не годится для трансплантации, она используется как среда для тестирования различных лекарств.
Пример:
Среди органов, которые были успешно отпечатаны и уже используются в клинической практике, можно назвать кожу, кровеносные сосуды и мочевой пузырь.
Описание:
3D биопринтинг — это процесс формирования пространственных клеточных структур путем использования технологии 3D печати. При этом в создаваемой клеточной конструкции функции и жизнеспособность клеток сохраняются. 3D печать позволяет создавать структуру определенного органа слой за слоем, формируя матрицу для клеток. Затем производится засевание такой матриц клетками, при котором нужные клетки наносятся непосредственно на матрицу. Кроме того, исследуется возможность вносить клетки непосредственно в материал, из которого печатается матрица, вместо того, чтобы засеивать клетками уже готовую матрицу.
3D биопринтинг применяется в регенеративной медицине и предназначен для восполнения потребности в тканях и органах, пригодных для трансплантации. 3D биопринтинг уже успешно применяется для формирования и трансплантации некоторых тканей, например, многослойной кожи, кости, сосудов, тканей сердца и хрящевых структур. 3D биопринтинг находит применение и в других областях, среди которых создание высокопроизводительных тканевых моделей для научных исследований, исследований в области токсикологии и разработки лекарственных препаратов.
Дополнения и критика:
По сравнению с небиологической печатью, 3D биопринтинг имеет существенно большую степень сложности за счет необходимости выбора подходящих материалов, типов клеток, факторов роста и дифференцировки, а также за счет технических трудностей, связанных с чувствительностью живых клеток и тканевых структур. Для того, чтобы успешно справиться с этими трудностями, необходимо объединить технологии из разных областей, таких как инженерия, наука о биоматериалах, клеточная биология, физика и медицина.
Публикации:
- Mironov, Vladimir, Nuno Reis, and Brian Derby. «Review: bioprinting: a beginning.» Tissue engineering 12.4 (2006): 631-634.
- Derby, Brian. «Bioprinting: inkjet printing proteins and hybrid cell-containing materials and structures.» J. Mater. Chem. 18.47 (2008): 5717-5721.
- Murphy, Sean V., and Anthony Atala. «3D bioprinting of tissues and organs.» Nature biotechnology 32.8 (2014): 773-785.
- Cui, Xiaofeng, et al. «Direct human cartilage repair using three-dimensional bioprinting technology.» Tissue Engineering Part A 18.11-12 (2012): 1304-1312.