Ультракороткие пептиды в тканевой инженерии: новый шаг вперёд

Новый автоматизированный процесс позволяет печатать каркасы из пептидного гидрогеля с равномерно распределёнными клетками. Эти конструкции хорошо держат форму и успешно способствуют росту клеток в течение нескольких недель.

Биопечать — 3D-печать с включением живых клеток — имеет потенциал для революции в тканевой инженерии и регенеративной медицине. Учёные экспериментировали с натуральными и синтетическими биочернилами для печати каркасов, которые удерживают клетки на месте по мере их роста и формирования ткани заданной формы. Однако существует проблема выживаемости клеток. Натуральные биочернила, такие как желатин и коллаген, требуют обработки химикатами или ультрафиолетовым светом для фиксации формы, что влияет на жизнеспособность клеток. Синтетические полимерные гидрогели, испытанные ранее, также требуют использования агрессивных химикатов и условий, угрожающих клеткам.

Команда биоинженеров из KAUST под руководством Шарлотты Хаузер разработала процесс биопечати, использующий ультракороткие пептиды в качестве основы для чернил. Они спроектировали три пептида, используя различные комбинации аминокислот: изолейцин, лизин, фенилаланин и циклогексилаланин.

Для самой печати команда использовала новую сопло с тремя входами. Пептидные биочернила подаются в один вход, буферный раствор — в другой, а клетки добавляются через третий. Это позволяет чернилам постепенно смешиваться с буфером, а затем объединяться с клетками на выходе из сопла. После выхода чернила мгновенно затвердевают, захватывая клетки внутри своей структуры.

«Сложно найти биоматериал, дружественный к клеткам, который поддерживает их долгосрочное выживание и при этом пригоден для печати, — говорит аспирант Хепи Хари Сусанто. — Наши биочернила на основе самособирающихся гидрогелей из ультракоротких пептидов эффективно решают эту задачу».

Команда смогла напечатать цилиндры высотой до четырёх сантиметров и конструкцию, напоминающую человеческий нос, которые хорошо сохраняли свою форму.

Человеческие фибробласты, мезенхимальные стволовые клетки костного мозга человека и нейроны мозга мыши успешно выживали и пролиферировали внутри гидрогелевой матрицы. Учёные также индуцировали дифференцировку мезенхимальных стволовых клеток костного мозга внутри напечатанного каркаса в эластичную хрящеподобную ткань в течение четырёх недель.

Сейчас команда работает над изменением поверхностной химии своих биочернил, чтобы они больше напоминали клеточное окружение в организме человека.

«Наш следующий шаг — биопечать 3D-моделей заболеваний и миниатюрных органов для высокопроизводительного скрининга лекарств и диагностики, — говорит Хаузер. — Это может помочь сократить время и стоимость поиска более эффективных и персонализированных препаратов».