Медики работают над проектом по трёхмерной печати человеческого сердца

Человеческое сердце является одним из наиболее сложных органов. Чтобы воспроизвести его на 3D-принтере, придётся постараться

(иллюстрация Patrick J. Lynch/Wikimedia Commons).

3D-принтер создаёт объекты послойно, но печатать слишком мелкие структуры не способен

(фото Subhashish Panigrahi/Wikimedia Commons).

Технология трёхмерной печати развивается семимильными шагами. Послойное производство различного рода объектов из самых разных материалов с минимальным вмешательством со стороны человека упростит жизнь не только инженерам, но и дизайнерам одежды, кулинарам, архитекторам и даже медикам.

Печать различных органов методом аддитивного производства позволит минимизировать проблемы, связанные с трансплантацией. Наиболее важная из этих проблем — риск отторжения органа иммунной системой — практически сходит на нет. Биологический материал для строительства "напечатанных" систем организма берётся у самого пациента, а значит, реакция иммунитета не сможет помешать адаптации органа.

Ранее мы сообщали о некоторых случаях, когда медики печатали на 3D-принтере разные органы и части тела. К примеру, в мае 2013 года ребёнку напечатали трёхмерную трубку из биологически совместимых материалов, которая спасла маленького пациента от разрыва бронхов. В августе того же года медики произвели ухо для взрослого пациента и успешно пересадили его под кожу мыши.

Теперь же учёные поставили перед собой намного более сложную задачу: напечатать сердце. Руководитель нового проекта Стюарт Уильямс (Stuart Williams) из Института сердечно-сосудистых инноваций в Луисвилле, штат Кентукки, сообщил, что конечной целью проекта является наиболее точное воспроизведение настоящего человеческого органа. Созданное таким образом сердце, по словам авторов, будет готово к трансплантации ориентировочно через 10 лет.

Человеческое сердце является одним из наиболее сложных органов. Чтобы воспроизвести его на 3D-принтере, придётся постараться (иллюстрация Patrick J. Lynch/Wikimedia Commons).

"С самыми современными технологиями мы сможем напечатать отдельные компоненты сердца, но мы хотим сразу произвести его целиком. Для этого наши инженеры работают над новым поколением 3D-принтеров, способных послойно воспроизвести структуру человеческого кровяного насоса", — говорит Уильямс.

Материал для создания органа будет биологического происхождения. Исследователи планируют перепрограммировать жировые клетки в стволовые, что позволит затем создать сердечную ткань, родственную по иммунной природе остальным частям тела организма-донора.

Уильямс и его коллеги уже предпринимали попытки напечатать отдельные части сердца, а затем соединить их в единую систему. Производство органов с элементами 3D-печати позволяет быстро "напечатать" всё необходимое и собрать орган воедино всего за неделю. Но конечной целью проекта является полностью аддитивное производство кровяного насоса, практически не требующее вмешательства со стороны биоинженеров.

"В какой-то момент я взглянул на своих коллег и предложил им сконструировать сердце так же, как инженеры строят большие самолёты. Единый орган нужно виртуально разделить на несколько составляющих компонентов, которые затем можно соединить", — рассказывает Уильямс.

В целом, задумка вполне осуществима. Но перед учёными встаёт один очень важный вопрос: как заставить 3D-принтер создавать мелкие структуры, такие как кровеносные сосуды, столь необходимые для конструирования человеческого сердца?

Уильямс и его команда уже научились печатать кровеносные сосуды, но в очень крупном масштабе. Каждая трубочка обладала слишком большими размерами, для того чтобы интегрировать её в настоящий орган для трансплантации.

3D-принтер создаёт объекты послойно, но печатать слишком мелкие структуры не способен (фото Subhashish Panigrahi/Wikimedia Commons).

Дело в том, что даже самые точные современные 3D-принтеры способны печатать структуры, толщина которых составляет не менее миллиметра, но сосуды обладают шириной всего в несколько микрометров — тысячных долей миллиметра.

Скорее всего, преодолеть трудности с масштабами кровеносных сосудов с помощью аддитивного производства не удастся. Тут учёные полагаются на новейшие методики самоорганизации клеток, способных самостоятельно занять своё место в единой структуре.

"Мы будем печатать на принтере объекты, размеры которых составляют не менее нескольких десятков или даже сотен микрометров. После этого некоторые клетки самостоятельно организуются в более мелкие конструкции", — поясняет Уильямс в пресс-релизе.

Для выполнения столь сложной задачи у учёных очень немного времени — они планируют создать полностью функциональное сердце в течение ближайших десяти лет. Конечно же, без специального оборудования тут не обойтись: запуск проекта по созданию нового 3D-принтера для печати биологических тканей назначен на декабрь 2013 года.

Также по теме:
Учёные создали гибридную сердечную мышцу из нанотрубок и клеток сердца
Рубцовую ткань превратили в сердечную мышцу без использования стволовых клеток
Пульс науки: японские ученые вырастили клетки сердца
Учёные строят искусственные органы с помощью технологий электронной промышленности
Хрящевую ткань удалось напечатать на гибридном 3D-принтере
Японцы создали человеческую мини-печень из стволовых клеток