Группа биомедицинских исследователей под руководством Майкла Мака, доктора философии, из Школы медицины Ренессанса при Университете Стони Брук разработала новый метод биопечати физиологических материалов. Метод называется TRACE (Tunable Rapid Assembly of Collagenous Elements — настраиваемая быстрая сборка коллагеновых элементов) и решает прежние проблемы биопечати натуральных материалов организма.
Это также универсальный метод биофабрикации, который поможет продвинуть разработку лекарств и моделирование заболеваний, а также, возможно, повлияет на регенеративную медицину. Подробности метода объяснены в статье, опубликованной в журнале Nature Materials.
Биопечать
Биопечать размещает биохимические вещества, биологические материалы и живые клетки для создания биоинженерных структур. В процессе используются биочернила (bioinks) и биоматериалы вместе с компьютерно-управляемыми 3D-технологиями печати для создания живых моделей тканей, используемых в медицинских исследованиях.
Хотя технологии 3D-печати являются новыми для медицины и биомедицинских исследований, их применение заметно в таких отраслях, как автомобильное производство.
Исследователи отмечают, что, несмотря на потенциал биопечати, достижение функциональности в биопечатных тканях и органах было сложной задачей, поскольку биологические клетки в традиционных биопечатных тканях не могут выполнять свои естественные функции в организме. Это делает большинство биопечатных тканей непригодными для клинических целей и передовых медицинских применений.
Метод TRACE
Мак и его коллеги надеются, что TRACE поможет решить эту проблему в будущих медицинских исследованиях.
«Наш метод — это, по сути, новая платформенная технология, которую можно использовать для печати различных типов тканей и органов», — говорит Мак, доцент кафедры фармакологических наук. «С помощью TRACE мы выяснили, как изготавливать и производить сложные структуры тканей и органов по индивидуальному заказу с помощью 3D-моделирования и печати, используя естественные строительные блоки организма, в частности коллаген, в качестве биочернил высокобиологически совместимым образом и с непосредственным включением живых клеток», — объясняет он.
Коллаген (особенно коллаген первого типа) — наиболее заметный и распространённый белок в организме человека. Он является ключевым строительным блоком в тканях, включая кожу, мышцы, кости, сухожилия и жизненно важные органы, такие как сердце. Коллаген действует как «клей» для многих тканей и органов и имеет решающее значение в качестве естественного материала для каркаса организма, удерживающего клетки и ткани на месте. Он также помогает направлять клетки для выполнения их функций.
Согласно Маку, из-за каждого из этих свойств коллагена в физиологических процессах он является главным кандидатом для использования в качестве материала для биочернил.
В статье под названием «Мгновенная сборка коллагена для тканевой инженерии и биопечати» авторы объясняют, как с помощью TRACE они могут биопечатать физиологические материалы, быстро ускоряя процесс гелеобразования коллагена. Их метод основан на макромолекулярном уплотнении — процессе, в котором инертный уплотнительный материал используется для ускорения реакции сборки молекул коллагена.
Таким образом они могут создавать ткани, состоящие из тех же основных элементов, что и ткани внутри организма. Затем они применяют TRACE для создания функциональных тканей и «мини-органов», таких как сердечные камеры.
«TRACE предлагает универсальную платформу для биофабрикации, позволяющую напрямую печатать физиологические материалы и живые ткани 3D-печатью, достигая как структурной сложности, так и биофункциональности. Эта работа расширяет возможности контролируемой многомасштабной биофабрикации тканей в различных системах органов с использованием коллагена в качестве ключевого компонента», — подводят итог авторы.
Предоставлено:
Университет Стони Брук