Применение искусства оригами для развития 3D-биопечати

Исследователи из Тель-Авивского университета использовали принципы оригами для разработки оригинального решения проблемы размещения сенсоров внутри 3D-биопечатаемых тканевых моделей. Вместо печати ткани поверх сенсоров (что оказалось нецелесообразным) они создали структуру, вдохновлённую оригами, которая складывается вокруг изготовленной ткани, позволяя вводить сенсоры в точно заданные места.

В исследовании участвовали учёные из нескольких подразделений TAU: Школы нейробиологии, биохимии и биофизики, Центра нанонауки и нанотехнологий им. Кума, кафедры биомедицинской инженерии, Центра регенеративной медицины им. Сагола, Школы нейронаук им. Сагола и Стволовоклеточной лаборатории регенеративной медицины семьи Дриммер-Фишлер.

Авторы работы: Ноам Рахав, Ади Соффер, проф. Бен Маоз, проф. Ури Ашери, Дениз Марреро, Эмма Гликман, Меган Белджилали-Лабро, Якей Яффе, Кешет Тадмор и Яэль Лейхтманн-Бардоого. Статья опубликована в журнале Advanced Science.

Проф. Маоз поясняет: «Существующий метод послойной печати имеет значительный недостаток: ткань нельзя напечатать поверх набора сенсоров, так как печатающая головка ломает их в процессе. Мы предлагаем новый подход к сложной проблеме: оригами».

MSOP: Где искусство встречается с наукой в биопечати

Инновация основана на оригинальном сочетании науки и искусства. С помощью CAD-программ исследователи проектируют многосенсорную структуру, адаптированную для конкретной тканевой модели и вдохновлённую складыванием бумаги в оригами. Эта структура включает различные сенсоры для мониторинга электрической активности или сопротивления клеток в точно выбранных местах внутри ткани.

Физическая структура изготавливается по компьютерной модели, а затем складывается вокруг бионапечатанной ткани так, чтобы каждый сенсор вставлялся в заранее определённое положение. Команда TAU назвала свою новую платформу MSOP (Multi-Sensor Origami Platform).

Эффективность нового метода была продемонстрирована на 3D-биопечатаемых тканях мозга, где вставленные сенсоры регистрировали электрическую активность нейронов. Исследователи подчёркивают, что система является модульной и универсальной: она может размещать любое количество и тип сенсоров в любом выбранном месте внутри любой 3D-биопечатаемой тканевой модели, а также в тканях, искусственно выращенных в лаборатории, таких как органоиды мозга.

Научный подход оригами

Проф. Маоз добавляет: «Для экспериментов с биопечатаной тканью мозга мы продемонстрировали дополнительное преимущество нашей платформы: возможность добавления слоя, имитирующего естественный гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). Этот слой состоит из человеческих клеток ГЭБ, что позволяет измерять их электрическое сопротивление, которое указывает на их проницаемость для различных лекарств».

Исследователи резюмируют: «В этом исследовании мы создали нестандартный синергизм между научными исследованиями и искусством. Мы разработали новый метод, вдохновлённый оригами, который позволяет вставлять сенсоры в точно заданные места внутри 3D-биопечатаемых тканевых моделей для обнаружения и регистрации активности клеток и коммуникации между ними. Эта новая технология — важный шаг вперёд для биологических исследований».