Скрыть:

Биопринтер

Биопринтер создал действующий кусок сердечной мышцы



В технологии печати человеческих органов наметился прорыв. Первые образцы напечатанных живых тканей и построенных из них пространственных структур, пока довольно простых, биологи уже изучают в лабораториях. Впереди ещё много работы. Но, по словам учёных, первые "товарные" ткани из принтера появятся на рынке в самые ближайшие годы.

И так глава первая:
В августе 2004года, бала анонсирована статья, о том, как группа американских учёных уже научилась печатать с помощью переделанных старых струйных принтеров Hewlett Packard и Canon живые биологические объекты.

Старые модели принтеров использовались потому, что их относительно крупные отверстия распылителей не могли повредить клетки. Да, именно клетки использовались биологами вместо чернил.
Разумеется, для этого пришлось тщательно очистить картриджи от чернил обычных и несколько переделать конструкцию принтера. Да ещё потребовалось создать программное обеспечение для контроля над температурой, электрическим сопротивлением и вязкостью "живых чернил".
Столь необычный проект — плод сотрудничества Владимира Миронова (Vladimir Mironov) из медицинского университета Южной Каролины (Medical University of South Carolina) и Томаса Боланда (Thomas Boland) из университета Клемсона (Clemson University).
Точнее, на первое место нужно поставить Боланда, который придумал идею, начал исследование в своей лаборатории и увлёк им своего коллегу.
Вместе они доказали, что принтер способен с высокой скоростью наносить живые клетки на любую подходящую подложку.

Биопринтер


Схема опыта Боланда и Миронова (иллюстрация с сайта newscientist.com).

Нечто подобное проделывали и ранее другие исследователи, пытаясь, например, наращивать слой за слоем кожу из культивированных клеток.
Только вот коллеги наших героев пытались осуществить это без использования струйного принтера. А он, как выяснилось, ускоряет процесс создания пласта клеток на много порядков.
Впрочем, печать "на плоскости" — лишь одна из сторон технологии, разрабатываемой, главным образом, для фантастической, как сейчас кажется, трёхмерной печати полноценных человеческих органов.

Здесь в качестве "бумаги" учёные предполагают использовать экзотический термообратимый гель, созданный недавно Анной Гатовска (Anna Gutowska) из тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (Pacific Northwest National Laboratory).

Биопринтер


Трёхмерные клеточные структуры (трубки), напечатанные на принтере (фото с сайта people.clemson.edu).

Этот материал при температуре ниже 20 градусов Цельсия является жидкостью, а при нагреве выше 32 градусов — затвердевает. И, конечно, он совместим с биологическими тканями.
Команда уже провела несколько экспериментов, используя легко доступные клеточные культуры, типа клеток яичника хомяка.
Экспериментаторы печатали на стеклянной основе множество последовательных слоёв геля и клеток, показав, что таким путём можно буквально поклеточно создавать трёхмерные биологические объекты.

Биопринтер


Так может выглядеть трёхмерная струйная печать кровеносного сосуда (иллюстрация с сайта radio.weblogs.com).

Идея опирается на ряд простых фактов. Клетки, напыляемые принтером, через некоторое время сами срастаются. Тончайшие слои геля не мешают им в этом, и, в то же время, придают конструкции прочность до того момента, как всё будет закончено.
Наконец, после того, как искомая пространственная комбинация клеток достигнута, и они соединились между собой — гель легко удалить с помощью воды.
Авторы исследования полагают, что трёхмерная печать листов кожи, различных органов, вплоть до сердца — это путь, который сможет обеспечивать больного, нуждающегося в пересадке органа (или пересадке кожи после ожога), всем необходимым в кратчайшее время.

Разумеется, исходные клетки для культивирования "живых чернил" будут взяты от самого пациента, так что проблемы с отторжением быть не должно.
Заметим, выращивание органов из клеток пациента — горячая тема во многих лабораториях. Однако все существующие методы предполагают, что такое выращивание, если его и удастся осуществить (первые опыты с почками уже проводятся) — будет занимать многие недели. А это — риск для пациента не дождаться операции.
Принтер мог бы напечатать орган невообразимо быстрее. Кстати, очевидно, что сложные органы состоят из разного вида клеток. Как быть с этим? Очень просто, отвечают авторы идеи — ведь и в обычных принтерах предусмотрена многоцветная печать.
Так и здесь — в отдельные картриджи на печатающей головке нужно будет заправить разные клетки, и вперёд — компьютер будет наносить их слой за слоем в нужном порядке.
Прежде, чем эта технология придёт в медицину, исследователям нужно будет решить ряд проблем. Например — жизнеобеспечение клеток в глубине создаваемого органа.
Очевидно, это станет возможным, если принтер сможет создавать все его структуры, включая сосуды и капилляры. Весь орган должен быть напечатан в течение всего нескольких часов, и в новые слабенькие сосуды уже нужно подавать питательные вещества, кислород, иначе клетки погибнут.
Авторы полагают, что решат эту задачу. Для ускорения срастания клеток и укрепления молодых сосудов они предполагают добавить в "рецептуру" чернил белок-коллаген.
Попутно так будет развит и метод печати крупных сосудов, которые можно было бы использовать в хирургии на сердце.
По прогнозу учёных, путь принтеров, печатающих органы, от лаборатории в клиники займёт несколько лет. При этом принтеры можно будет проектировать уже с нуля, специально под эту задачу.


Глава вторая:

март 2008года,
В технологии печати человеческих органов наметился прорыв. Первые образцы напечатанных живых тканей и построенных из них пространственных структур, пока довольно простых, биологи уже изучают в лабораториях. Впереди ещё много работы. Но, по словам учёных, первые "товарные" ткани из принтера появятся на рынке в самые ближайшие годы.
Несколько лет назад было показано, что печать биологических тканей — это не фантастика. Однако от ранних опытов до массового применения такой технологии в медицине пройдёт ещё не один год. Простой вроде принцип: наращивание клеточной ткани слой за слоем при помощи принтера, напоминающего по устройству обычный. Но тут главное — продумать все тонкости технологии, выявить её подводные камни.
Этим и занимаются профессор Габор Форгач (Gabor Forgacs) и его лаборатория Forgacslab в рамках проекта Organ Printing.
Форгач и его коллеги из университета Миссури (University of Missouri-Columbia) создали функциональные кровеносные сосуды и кусочки сердечной ткани при помощи своего перспективного способа печати органов, о чём и написали статью в журнале Tissue Engineering.
Кстати, о первых успешных опытах Форгача и разработанном им методе печати живых тканей мы вкратце рассказывали. Говоря упрощённо, в экспериментах университета Миссури используется трёхмерный биопринтер (построенный по заказу учёных компанией nScrypt), заправляемый живыми "чернилами". Он по командам компьютера и выстраивает нужную "конструкцию" слой за слоем.

Надо сказать, что существуют разные способы культивирования тканей для тех же целей (в качестве имплантата). В частности тканей сердца.Однако во всех них для выращивания даже простой сердечной заплатки необходимо сначала создать "монтажный каркас", который задавал бы форму будущего органа или трансплантата.
Преимущество нового метода в том, что такая основа вообще не требуется — форму сосуда, кусочка печени или сердечной мышцы задаёт сам принтер. А ведь любой "каркас" для клеток, попавший в организм в составе имплантата, это потенциальный инициатор воспаления, отмечает Габор.
Мы уже говорили, что экспериментатор ведёт печать не отдельными клетками (как пробуют другие учёные, работающие на той же ниве), но конгломератами, насчитывающими десятки тысяч клеток. Как же получается, что они формируют нужную по составу и структуре ткань?

Биопринтер


Общая схема печати органа "по Форгачу". Пояснения — в тексте (иллюстрация Forgacs et al).

Сначала (смотрите рисунок) специальное устройство нарезает заранее культивированную ткань (не являющуюся, однако, органом) или, точнее, плотную клеточную суспензию на микроскопические цилиндрики с соотношением диаметра и длины 1 : 1 (a). Далее цилиндрики эти скругляют в питательной среде, формируя микросферы – "биочернила". Одна их капля показана на фото. Диаметр её составляет 500 микрометров. Оранжевый цвет ей придаёт специальный краситель, введённый в мембраны клеток (b).
Картридж (c) принтера содержит микропипетки, заполняемые такими микросферами одна за другой. Трёхмерный принтер (d) может по очереди выдавать эти шарики (учёные также называют их "сфероиды") с микронной точностью. Микропипетки и область работы печатающей головки исследователи могут наблюдать в реальном времени при помощи камер, встроенных в принтер (e).
Печатает прибор сразу тремя "цветами". Два из них — это сфероиды с целевыми клетками (в последних опытах Форгача это были клетки сердечной мышцы и эпителиальные клетки), а третий — скрепляющий гель, содержащий коллаген, фактор роста и ряд других веществ. Он нужен будущему органу, чтобы сохранить свою форму до того момента, когда целевые клетки срастутся между собой.
Важно, что печатается гель вместе с "запчастью", в виде последовательно наносимых двухмиллиметровых слоёв, в которые и оказываются погружены микросферы с клетками разного типа (f).

Биопринтер


Нанесённые вперемешку с гелем сфероиды (с тысячами клеток каждый) постепенно объединяются в нужную ткань, гель же удаляется (иллюстрация organprint.missouri.edu).

"Мы никогда не сможем полностью напечатать печень, со всеми её деталями, — говорит Габор, — но этого и не требуется. Если вы сможете инициировать процесс, природа доделает всё за вас". Иными словами, метод Форгача предполагает не печать совершенно готовых органов, ничем не отличающихся от тех, что работают в теле человека, а создание живых заготовок, к органам очень близких. Заготовок, доводку которых до ума возьмут на себя законы биологии развития.
Авторы опытов говорят, что происходящее в отпечатанном куске ткани идентично процессам, идущим в эмбрионе на ранних стадиях развития органов. Специализированные клетки, следуя внутренним "инструкциям", объединяются именно в ту систему, которую от них ждут.
Как пишет Nature, при печати клетками эндотелия в смеси с клетками сердца группа Форгача получила кусочек работоспособной мышцы, в которой все клетки объединились в единую систему через 70 часов после печати и начали синхронно сокращаться через 90 часов. При этом клетки эндотелия собирались в некие трубочки, напоминающие капилляры.

Биопринтер


Примеры напечатанных Габором тканей и биологических "запчастей": (a) расположенные кольцом частицы "биочернил" (флуоресцирующие благодаря красителю двумя цветами) сразу после печати и через 60 часов; (b) эволюция трубки, набранной из колец, показанных на картинке (a); (c, вверху) 12-слойная трубка, составленная из клеток гладких мышечных волокон пуповины; (c, внизу) разветвлённая трубка (прообраз сосудов для трансплантации); (d) построение сокращающейся сердечной ткани. Слева показана решётка (6 х 6) из сфероидов с клетками сердечной мышцы (без эндотелия), распечатанных на коллагеновой "биобумаге". Если в те же "чернила" добавляются клетки эндотелия (второй рисунок — красный цвет, кардиомиоциты же тут показаны зелёным), они заполняют сначала пространство между сфероидами, а через 70 часов (d, справа) вся ткань становится единым целым. Внизу: график сокращения клеток полученной ткани. Как видно, амплитуда (отмерена по вертикали) сокращений составляет примерно 2 микрона, а период — около двух секунд (время отмечено по горизонтали) (фото и иллюстрации Forgacs et al).

Аналогично учёные печатали и просто отдельные небольшие сосуды. В процессе "набора" их стенок коллагеновый гель (иначе — "биобумага") подавался не только на края, но и в середину сосуда. Уже после соединения клеток в ткань сердцевина легко удалялась, оставляя проход для кровотока. Таким способом команда Форгача уже может создавать ветвящиеся сосудики на заказ, любой желаемой формы.
Сейчас исследователи работают над способом наращивания мышц на таких трубках, чтобы сделать их (напечатанные сосуды) достаточно прочными для сшивания с настоящими сосудами в ходе операции.
При этом группа работает над особо трудными для изготовления сосудами, диаметром меньше 6 миллиметров. Дело в том, что для сосудов более крупных давно существуют удачные синтетические заменители, применяемые в качестве трансплантатов. А вот создать из голой синтетики хорошие мелкие сосуды, и тем более – капилляры, пока не удаётся. Потому их выращивание и было бы настоящим выходом.

Биопринтер


Структура полученных учёными тканей сердца (фотографии Forgacs et al).

Форгач и его коллеги создали компанию Organovo, также базирующуюся в Миссури, которая и займётся развитием технологии и выводом её на рынок. Причём теперь они заявляют: в течение нескольких лет в продаже должен появиться первый продукт фирмы. Это будут простые фрагменты тканей, предназначенные для токсикологических тестов (например напечатанные кусочки человеческой печени). Такие образцы могли бы заменить лабораторных животных.
Чуть позже должны появиться и напечатанные трансплантаты. Сперва это будут кровеносные сосуды.
Ну а дальше можно будет понемногу подобраться и к печати более сложных органов на заказ. Например, говорят разработчики данной технологии, одними из первых таких "запчастей" они начнут печатать человеческие почки. Интересно, что внешне органы эти, вероятно, и не будут выглядеть как почки, сообщают экспериментаторы, но работать в организме должны ничуть не хуже.
И пусть очередь органов, устроенных куда сложнее и работающих не столь просто, наступит позже, первые предвестники этих рукотворных, но при этом живых трансплантатов уже созданы. Так что работоспособность метода, хотя бы в его основе, можно считать доказанной.

Комментарии (29)

  1. Пацак
    Kostia 13 сентября 2008 22:50 #60436
    staraiutsea vedi zarplatu poluciti,,vot vam i printer, zato net konkurentov,,,vremeno
  2. КиркороФФ
    Здесь может быть ваша реклама))
    OSHA 13 сентября 2008 23:07 #60439
    Скоро и ксерокс такой придумают...

    Может, отношение других и делает нас теми, кто мы есть? (X-Files (c) )
  3. Классные СиСьки
    Обычная такая
    Неповторимая 14 сентября 2008 00:21 #60444
    OSHA,
    ТЫ ЭТО ВСЁ ПРОЧИТАЛ? wall

    Там внизу твоя могила
    До свидания, милый-милый!
    Милый, бывай! (с) Агата Кристи - Трансильвания
  4. Господин ПэЖэ
    YahooЕЮ а ВЫ?
    admin 14 сентября 2008 00:23 #60445
    Цитата: Неповторимая
    ТЫ ЭТО ВСЁ ПРОЧИТАЛ?

    неповеришь, но я точно прочитал! очень познавательная тема!
    Вобще тема Био-инжинерии меня ооочень интересует!! в этом наше будующее и надежда на долгую жизнь без болезней и старения...

    Полностью БЕСПЛАТНЫЙ VPN для обхода всех ограничений
    Чего у ДУРАКА-Ватника не отнять - так это поддержки единомышленников
    Имею Мнение Хрен Оспоришь
  5. Классные СиСьки
    Обычная такая
    Неповторимая 14 сентября 2008 00:25 #60447
    admin,
    И ты туда же shok

    Мне стыдно за себя

    Там внизу твоя могила
    До свидания, милый-милый!
    Милый, бывай! (с) Агата Кристи - Трансильвания
  6. Гость
    aruY 14 сентября 2008 00:45 #60448
    Неповторимая,
    это тебе не на кончяюшие хуй смотреть...и ржать с педикофф...здесь надо мозги напрегать....
  7. Классные СиСьки
    Обычная такая
    Неповторимая 14 сентября 2008 00:51 #60449
    aruY,

    Смотрю ты такой вежливый) Не беспокойся, мозги напрягать умею, может и получше половины на этом сайте nasty

    Там внизу твоя могила
    До свидания, милый-милый!
    Милый, бывай! (с) Агата Кристи - Трансильвания
  8. КиркороФФ
    Здесь может быть ваша реклама))
    OSHA 14 сентября 2008 01:38 #60455
    aruY,
    Одно дело прочитать, другое - понять. И лично у меня сомнения, что ты много чего понял ) Да и что ты прочитал вообще )


    Нет, я не читал ) Я картинки посмотрел ) Я ещё маленький для таких глупостей )

    Неповторимая,
    +1 ))
    Зная тебя достаточно хорошо, соглашаюсь )

    Может, отношение других и делает нас теми, кто мы есть? (X-Files (c) )
  9. Классные СиСьки
    Обычная такая
    Неповторимая 14 сентября 2008 01:41 #60457
    Цитата: OSHA

    Нет, я не читал ) Я картинки посмотрел ) Я ещё маленький для таких глупостей )


    А я с утра, на свежую голову, таки прочту)

    Там внизу твоя могила
    До свидания, милый-милый!
    Милый, бывай! (с) Агата Кристи - Трансильвания
  10. КиркороФФ
    Здесь может быть ваша реклама))
    OSHA 14 сентября 2008 01:44 #60462
    Неповторимая,
    Ну-с, я тоже, может быть...

    У кого-то есть в сокращении?!

    Может, отношение других и делает нас теми, кто мы есть? (X-Files (c) )
  11. Гость
    Bur3um 14 сентября 2008 16:23 #60530
    вот если бы так можно было мозг наращивать..... dance2
  12. Стеклопакеты
    fuck off
    veka 14 сентября 2008 16:36 #60532
    скоро людей так мутит будут

    Лучшая месть человеку - это доказать, что ты можешь обойтись без него.
  13. Гость
    aruY 14 сентября 2008 22:05 #60570
    OSHA,
    те чо щя пересказывать чтоли...поверь прочел...мне както не влом потратить минут 5-10 на то чтобы чтото почитать...и мануалы я курю...постольку поскольку...
    меня возмущяет другое...то как другие реагируют на ИБАНУЦЦАКАКОЕКОЛИЧЕСТВОСИМВОЛОВ....сразу ведь было видно что в разделе интерессное...не ХХХ или там юмор и фото...а интересное плюс ко всему еще и в тэгах наука...
  14. Классные СиСьки
    Обычная такая
    Неповторимая 14 сентября 2008 22:16 #60572
    aruY,
    Слух, щя я буду пискать прям как ты, ну типа незнание праваписания и знакоф припинания и таму падобное. wacko

    Мне, например, не в лом потратить пару дней на прочтение книг классиков, откуда мне опять же не в лом было визуально запомнить правописание. А ещё не в лом было в школе грамматику учить. И что? Я возмущаюсь тут твоему образованию в области русского языка? Нет, так будь так любезен, не придирайся по пустякам, тем более не делай выводы о моих интеллектуальных способностях, не зная меня acute
    А, ещё, я ни словом не обронилась по поводу большего количества букв и тому, что я не осилила данную информацию. Моё сообщение, к которому Ваше превосходительство придралось, было адресовано конкретному юзеру, где подразумевалось удивление тому, что ОН это прочёл. Фирштейн?

    И надеюсь, инцендент исчерпан

    Там внизу твоя могила
    До свидания, милый-милый!
    Милый, бывай! (с) Агата Кристи - Трансильвания
  15. Гость
    aruY 14 сентября 2008 23:32 #60577
    Неповторимая,
    мдя...без 100 грам не разберёшся....

    И надеюсь, инцендент исчерпан

    будем считать что он не возникал)))
  16. Классные СиСьки
    Обычная такая
    Неповторимая 14 сентября 2008 23:36 #60578
    Цитата: aruY
    мдя...без 100 грам не разберёшся....

    Ндя, а говоришь я не воспринимаю много букв nasty

    Цитата: aruY

    будем считать что он не возникал)))

    Ну и отлично)

    Там внизу твоя могила
    До свидания, милый-милый!
    Милый, бывай! (с) Агата Кристи - Трансильвания
  17. КиркороФФ
    Здесь может быть ваша реклама))
    OSHA 15 сентября 2008 00:27 #60586
    aruY,
    Пресскажи )) Мне реально лень читать )) Не потому то не умею или много букаф, просто читать лень на эту тему. Мне это не нужно, и это уж точно не умещается в категорию "Для общего развития" )

    Но если ты мне вкраЦЦе расскажешь, я буду очень рад )

    Может, отношение других и делает нас теми, кто мы есть? (X-Files (c) )
  18. Классные СиСьки
    Обычная такая
    Неповторимая 15 сентября 2008 00:31 #60588
    OSHA,
    Тебе это не будет интересно)

    Там внизу твоя могила
    До свидания, милый-милый!
    Милый, бывай! (с) Агата Кристи - Трансильвания
  19. КиркороФФ
    Здесь может быть ваша реклама))
    OSHA 15 сентября 2008 00:38 #60590
    Неповторимая,
    Ну и что ?)))

    Может, отношение других и делает нас теми, кто мы есть? (X-Files (c) )
  20. Классные СиСьки
    Обычная такая
    Неповторимая 15 сентября 2008 00:52 #60594
    OSHA,
    А смысл? О_о Не, всё-таки логики у тебя нету nasty girlinlove

    Там внизу твоя могила
    До свидания, милый-милый!
    Милый, бывай! (с) Агата Кристи - Трансильвания
  21. КиркороФФ
    Здесь может быть ваша реклама))
    OSHA 15 сентября 2008 00:54 #60595
    Неповторимая,
    Смысл - "Ну, а вдруг )))"

    Может, отношение других и делает нас теми, кто мы есть? (X-Files (c) )
  22. Классные СиСьки
    Обычная такая
    Неповторимая 15 сентября 2008 01:23 #60597
    OSHA,
    Ну, ты знаешь, что я отвечаю на этот самый "Вдруг")

    Там внизу твоя могила
    До свидания, милый-милый!
    Милый, бывай! (с) Агата Кристи - Трансильвания
  23. Вредный ХомяЧёГ
    Почему Бог создал женщин такими красивыми и такими глупыми? Красивыми - чтобы их могли любить мужчины, а гл упыми - чтобы они могли любить мужчин.
    Вредная 15 сентября 2008 01:27 #60598
    OSHA,
    ты приехал до дому или всё ещё на скул басе катаешься?
    Кстати на ком будут проверят эти технологии???Не в Молдове разве клинические испытания проводят?

    Чтобы все!
  24. КиркороФФ
    Здесь может быть ваша реклама))
    OSHA 15 сентября 2008 01:28 #60599
    Неповторимая,
    Лана ))
    "А что если)))"

    Вредная,
    Я, приезжал домой...месяц назад опять уехал, уже в колледж ((((

    Может, отношение других и делает нас теми, кто мы есть? (X-Files (c) )
  25. Вредный ХомяЧёГ
    Почему Бог создал женщин такими красивыми и такими глупыми? Красивыми - чтобы их могли любить мужчины, а гл упыми - чтобы они могли любить мужчин.
    Вредная 15 сентября 2008 02:00 #60604
    OSHA,
    Мне кажется ,ты здесь ураганы переждал:-)
    Щас айки всякие у вас???Или у тя крышу не сносит в барбаре?

    Чтобы все!
  26. КиркороФФ
    Здесь может быть ваша реклама))
    OSHA 15 сентября 2008 02:02 #60605
    Цитата: Вредная
    Щас айки всякие у вас???Или у тя крышу не сносит в барбаре?

    Непонял смысла сего )

    Может, отношение других и делает нас теми, кто мы есть? (X-Files (c) )
  27. Вредный ХомяЧёГ
    Почему Бог создал женщин такими красивыми и такими глупыми? Красивыми - чтобы их могли любить мужчины, а гл упыми - чтобы они могли любить мужчин.
    Вредная 15 сентября 2008 02:04 #60607
    ну торнадо вроде Айком кличут последний....там катрины ,иваны....А крыша у дома .....не улетает? muha

    Чтобы все!
  28. КиркороФФ
    Здесь может быть ваша реклама))
    OSHA 15 сентября 2008 02:12 #60609
    Вредная,
    Аааа, запутанно ;)
    Нет, тут ничего такого нету...тут ваще ничего не происходит...скучно (

    Может, отношение других и делает нас теми, кто мы есть? (X-Files (c) )
  29. Гость
    nobelen 21 сентября 2008 10:24 #61652
    "Команда уже провела несколько экспериментов, используя легко доступные клеточные культуры, типа клеток яичника хомяка''..... писец....это сколько надо было хомячих перелопатить?????!!!!

Информация

Посетители, находящиеся в группе Гость, не могут оставлять комментарии к данной публикации.