3D-печать живыми клетками открывает путь к медицине будущего и продуктам без жестокости

Исследователи расширяют возможности 3D-печати для создания миниатюрных человеческих органов и различных продуктов из живой ткани, включая еду.

Итальянский биоинженер доктор Риккардо Левато и его коллеги развивают эту технологию в новом направлении. Левато, доцент биофабрикации и регенеративной медицины в Университетском медицинском центре Утрехта (Нидерланды), возглавляет международную команду в рамках инициативы ENLIGHT (2021–2025). Их цель — создать миниатюрную 3D-печатную поджелудочную железу из человеческих клеток.

Живой чертёж

Ключевой рабочий материал — стволовые клетки, способные превращаться в различные типы тканей. Первые эксперименты направлены на помощь пациентам с диабетом с использованием инсулин-продуцирующих клеток, выращенных из стволовых клеток в лаборатории. Однако простое пересаживание таких клеток даёт лишь кратковременный эффект, так как им не хватает структурной поддержки и васкуляризации.

Команда ENLIGHT решает эту проблему, печатая трёхмерные имплантаты из живых клеток с сосудами. Для защиты хрупких клеток в процессе печати используются богатые водой гели — биочернила.

Световое управление

Исследователи разработали новую технику 3D-печати, использующую свет для формирования биочернил с клетками, вместо их продавливания через сопло (что повредило бы клетки).

«Мы essentially создаём своего рода световую голограмму объекта, который хотим напечатать, в середине этой среды», — пояснил Левато.

Там, где есть эта 3D-световая структура, среда твердеет, а в остальных местах остаётся жидкой и смывается. Клетки остаются заключёнными в гелеподобной форме, похожей на внеклеточный матрикс живой ткани. Затем клетки стимулируют к созреванию в инсулин-продуцирующие, подвергая их воздействию света определённых длин волн.

Сейчас команда тестирует имплантаты в лаборатории. Надежда — сделать такие 3D-печатные органоиды частью стандартных процедур разработки лекарств до конца этого десятилетия. Однако для трансплантации людям потребуется значительно больше времени.

Продукты без жестокости

Работа команды ENLIGHT может значительно сократить потребность в тестировании на животных. Печать реалистичных человеческих органоидов повысит точность испытаний лекарств и позволит избежать страданий миллионов лабораторных животных.

Другой проект, PRISM-LT (до 2027 года), под руководством профессора биоинженерии доктора Массимо Вассалли (Университет Глазго, Великобритания), нацелен на экономичную 3D-печать различных живых тканей для применения в биомедицине и производстве продуктов питания.

«Помимо очевидного медицинского применения, мы видим большую роль 3D-биопечати в устойчивом и чистом производстве пищи», — сказал Вассалли.

Задача — создавать сложные гетерогенные ткани, достоверно имитирующие текстуру живых материалов (например, мяса, содержащего мышечные, жировые клетки и клетки соединительной ткани).

Уточнение дифференцировки

Исследователи изучают подход, имитирующий симбиотические процессы в природе. Они смешивают бактерии или дрожжи («клетки-помощники») со стволовыми клетками в биочернилах, чтобы направлять процесс дифференцировки.

«Эти клетки... могут чувствовать направление, в котором идут клетки, и начинать производить химические вещества, чтобы помочь им дальше дифференцироваться», — объяснил Вассалли.

К концу проекта команда планирует создавать кусочки тканей сантиметрового масштаба, сосредоточившись сначала на 3D-печатном костном мозге для медицинского применения и образце мраморного культивируемого мяса.

Биопечать предлагает гибкость в дизайне конечного состава ткани, что отвечает потребностям персонализированной медицины. Внедрение в пищевую промышленность займёт больше времени из-за необходимости масштабирования технологии и преодоления технологического разрыва.