Новый подход к созданию искусственного хряща с помощью 3D-печати
В TU Wien (Вена) сделан важный шаг к созданию замещающей ткани в лаборатории с использованием метода, значительно отличающегося от других мировых подходов. Исследование опубликовано в Acta Biomaterialia.
Специальный высокоточный процесс 3D-печати используется для создания крошечных пористых сфер из биосовместимого и разлагаемого пластика, которые затем заселяются клетками. Эти сфероиды можно расположить в любой геометрии, а клетки из разных единиц бесшовно объединяются, образуя однородную живую ткань. На примере хрящевой ткани концепция была успешно продемонстрирована.
Крошечные сферические каркасы для клеток
Основная проблема выращивания тканей — слабый контроль над формой получаемой ткани, так как скопления стволовых клеток со временем меняют форму и часто сжимаются.
Чтобы это предотвратить, команда использует лазерную высокоточную 3D-печать для создания миниатюрных каркасных структур, похожих на микрофутбольные мячи, диаметром всего треть миллиметра. Они служат опорной структурой и компактными строительными блоками, которые можно собрать в любую форму.
Стволовые клетки вводятся в эти мини-каркасы, быстро и полностью заполняя их объём. «Таким образом мы можем надёжно производить тканевые элементы с равномерным распределением и очень высокой плотностью клеток. Это было невозможно при прежних подходах», — объясняет профессор Александр Овсянников.
Идеальное срастание
Команда использовала дифференцированные стволовые клетки, предопределённые для формирования именно хрящевой ткани. При построении крупной хрящевой ткани выраженный внеклеточный матрикс часто мешает разным клеточным сфероидам срастаться нужным образом.
После заселения клетками пористые сфероиды, напечатанные на 3D-принтере, можно расположить в любой форме. Ключевой вопрос: объединятся ли клетки из разных сфероидов в однородную ткань?
«Именно это нам впервые удалось показать», — говорит Оливер Копински-Грюнвальд. «Под микроскопом чётко видно: соседние сфероиды срастаются, клетки мигрируют из одного в другой и наоборот, они соединяются бесшовно, образуя цельную структуру без полостей — в отличие от других методов, где между соседними клеточными скоплениями остаются видимые границы».
Крошечные напечатанные каркасы обеспечивают механическую стабильность, пока ткань созревает. За несколько месяцев пластиковые структуры разлагаются и исчезают, оставляя готовую ткань нужной формы.
Первый шаг к медицинскому применению
В принципе, новый подход не ограничен хрящевой тканью и может быть использован для создания других видов крупных тканей, например, костной. Однако для тканей выше определённого размера, в отличие от хряща, необходимо будет инкорпорировать кровеносные сосуды.
«Первоначальная цель — создание небольших, индивидуально подобранных кусочков хрящевой ткани, которые можно вставить в существующий хрящ после травмы», — говорит Оливер Копински-Грюнвальд. «В любом случае, мы показали, что наш метод производства хрящевой ткани с использованием сферических микро-каркасов работает в принципе и имеет решающие преимущества перед другими технологиями».