Учёные строят искусственные органы с помощью технологий электронной промышленности

Мышечная матрица. Этот снимок, сделанный с помощью конфокальной микроскопии, показывает несколько тонких слоёв эластичного полимера (фиолетовый) и переплетенных между собой мышечных волокон (зелёный), сформированных из клеток сердца новорождённой крысы

(фото MIT).

Количество донорских органов в мире до сих пор сильно уступает количеству нуждающихся в них пациентов. Благодаря новому исследованию в области тканевой инженерии стало возможным производство сложных искусственных тканей. (Относительно простые конструкции медики печатают на 3D-принтерах не первый год.

Для формирования трёхмерных строительных лесов, на основе которых можно выращивать сложные ткани, Лиза Фрид (Lisa E. Freed), главный исследователь проекта в лаборатории Дрэпера (Draper Laboratory) при Массачусетском технологическом институте, и Мартин Колю (Martin E. Kolewe), доктор Института медицинской инженерии и науки (Institute of Medical Engineering and Science MIT) использовали метод создания интегральных схем и печатных плат в микроэлектронной инженерии.

Адаптация такой технологии позволила обойти некоторые ограничения. Обычно искусственные ткани получают в лабораториях, засеивая подготовленную основу клетками, как грядки на огороде. Из-за этого в большинстве случаев медики получают двумерную структуру. Но ткани в человеческом теле растут и работают в объёме.

Для развития клеток в полноценную структуру им нужна многоуровневая архитектура.

Чтобы построить ткань в 3D, исследователи из США использовали тонкие пласты пористого полимера (так называемой биорезины), содержащие микроскопические прямоугольные отверстия определённых размеров.

С помощью автоматического оборудования, учёные точно укладывали полоски полимера друг на друга, размещая поры разных слоёв на определённом расстоянии друг относительно друга. Исследователи испытывали различные расположения пор и в результате подобрали такой "рисунок", который позволил получить колонии клеток, похожие на переплетения мышечных волокон. В ход пошли клетки мышц мышей и клетки сердца новорождённых крыс.

Когда медики пропустили электрические импульсы через полученную ткань, клетки сердца начали биться. Позднее исследователи определили, что на микроскопическом, тканевом и клеточном уровне материалу действительно были присущи многие важнейшие структурные и механические свойства настоящей сердечной мышцы.

Мышечная матрица. Этот снимок, сделанный с помощью конфокальной микроскопии, показывает несколько тонких слоёв эластичного полимера (фиолетовый) и переплетенных между собой мышечных волокон (зелёный), сформированных из клеток сердца новорождённой крысы (фото MIT).

Искусственная ткань действительно имитирует анизотропные свойства сердечной ткани и может быть использована для выращивания тканей в конкретных людях, страдающих от врождённых дефектов или приобретённых повреждений.

Разумеется, для запуска производства искусственных органов на поток разработчикам необходимо преодолеть ещё множество проблем. Например, Фрид и Колю должны будут сделать ткань толще, чтобы она была в состоянии поддержать кровеносные сосуды.

Исследователям также предстоит продемонстрировать, что ткани, изготовленные из человеческих клеток (а не клеток грызунов), будут способны выжить в создаваемой матрице и исправно выполнять свои функции.

На следующем этапе работы Фрид и Колю планируют проверить жизнеспособность своих конструкций путём имплантации их на поверхность сердца крысы, перенесшей сердечный приступ.

Но каким бы ни был результат, исследование этой группы учёных уже сейчас открывает новые возможности для биоинженерии. Научившись точно контролировать расположение пор, медики получают возможность регулировать свойства образуемой ткани.

Учёные надеются, что однажды их технология сделает очереди на донорские органы пережитком прошлого.

Также по теме:
Японцы создали человеческую мини-печень из стволовых клеток
Искусственные почки успешно пересадили крысам  
Учёные создали гибридную сердечную мышцу из нанотрубок и клеток сердца 
Искусственные мышцы из вощёных углеродных нанотрубок поразили учёных своей прочностью  
Младенца спасли от разрыва бронхов при помощи напечатанной на 3D-принтере трубки 
На 3D-принтере напечатали идеальное ухо