brand brand
logo logo
Сообщество робототехников

Напечатайте мне новое сердце, пожалуйста

Вторник, 8 Июля 2014, в 11:00
3D

День, когда миллионы нуждающихся людей смогут получить жизненно важный орган при первой необходимости, настанет, и очень скоро.

Причем, изготовят эти органы, используя клетки самого больного, а волшебной палочкой, которая сделает эти мечты реальностью,  станет  3D-принтер. Последние достижения  разработчиков 3D-печати показывают, что человечество медленными, но уверенными шагами движется к тому, чтобы напечатать орган, который обеспечит организму полноценное функционирование.

С чего все начиналось?

Технологию 3D-печати  начали использовать для промышленных целей  в середине  1980-х годов. В частности, с ее помощью прототипировали продукцию и детали, правда, это было очень дорогое удовольствие. Стоимость снизилась только в начале 2010-х годов, что сделало 3D-печать   доступной широкому кругу людей.

Идея трехмерной печати органов появилась не сразу. Началось все с генной терапии,  что подразумевало введение комплексов для  дальнейшего выделения клеток. В эти клетки вводили гены, которые затем размещались в организме человека. После этого, ученые начали активно использовать клеточную терапию – развитие эмбриональных стволовых клеток, которые можно усовершенствовать до нужных пациенту клеток. Следующим этапом стало применение тканевой инженерии, где основа с помещенными наверх клетками помещалась в биореактор, после чего создавался нужный орган.

Что такое 3D-биопринтер?

3D-биопринтер является биологической вариацией технологии reprap –устройством, способным изготавливать органы и ткани посредством послойного нанесения клеток друг на друга. Первая модель серийного биопринтера была создана в конце 2009 года  совместными усилиями компаний Organovo и Invetech.

Если классическому  3D-принтеру необходим каркас, на который усаживаются клетки, то в случае биопечати в этом нет необходимости, и это большой плюс, поскольку каркас может спровоцировать воспаление  созданного органа или ткани.  В качестве «чернил» для биопринтера  применяют клетки разных типов и такие материалы, как коллаген, поддерживающий гидрогель и факторы роста, которые укрепляют созданную конструкцию до возникновения естественных связей между клетками.

Печать органов: успехи и достижения

Пионерами среди органов, которые напечатали, стали челюсти, биорезорбируемые  шины для дыхания, части черепа, зубные имплантаты, экзоскелеты, которые помогают человеку сделать суставы подвижными.  

Для создания других органов брали искусственную структуру, из которой формировали орган, а затем наполняли его живыми клетками. Первым успешным опытом было создание мочевых пузырей, которые  пересадили нескольким пациентам  в 1999 году. В последнее десятилетие был создан  3D-принтер, с помощью которого можно формировать структуру и потом наполнять ее клетками.

Современные специалисты считают, что создавать органы можно без дополнительных каркасов, за счет возможности самоорганизации живых клеток. В частности в американском институте Organovo были проведены эксперименты по созданию кусочков печени. Сначала были сформированы блоки с нужными клетками, после чего, с помощью  3D-принтера, их разложили слоями, чтобы был возможен совместный рост клеток.

Сегодня для 3D-печати используют не только неорганические материалы, такие как полимеры и металлы, – трехмерную печать уже адаптировали для создания живых биологических систем.  Слой за слоем клетки отделяют от головок принтера, после чего их размещают в нужном месте.

А что в будущем? Три варианта развития

Вариант 1. Неорганический каркас+клетки.

Очень рискованный метод, тем не менее, он работает. Именно он лучшим способом характеризует выражение «мы напечатали орган». В качестве  «стройматериала» берутся клетки, а если они есть, тогда нет необходимости в каком-либо внешнем каркасе. Правда, здесь присутствует другая проблема, имя которой – неполная  эндотелизация. И решение ей не нашли до сих пор.

Вариант 2. Клетка пациента+4 гена.

Полученную в результате клетку следует поместить в бластоцисту  (зародыш животного), после чего,  выращиваем зверька, например, свинку с человеческой поджелудочной железой. Дальнейший исход понятен – орган удаляем, а животное умертвляем.

Вариант 3. Жировая ткань пациента последовательная+ обработка клеток.

Это самый современный метод, подразумевающий  трехмерную печать органов, которую проводят в лабораториях.

Для него не нужны неорганические каркасы, так как клетки могут держать себя сами. От человека требуется немного жировой ткани, которая потом обрабатывается для получения необходимых конструкционных элементов. Созданную модель органа конвертируют в  CAD-файл, потом помещают в  3D-принтер. На выходе получается тканевый конструкт, который помещают в специальную среду во избежание проблем с гипоксией. Созревание органа происходит в биореакторе, после чего возможна его трансплантация  пациенту.

 

рейтинг

934

просмотров

0

комментариев

порекомендовать друзьям

комментарии

Нет комментариев

Гость

Дорогие друзья! Помните, что администрация сайта будет удалять:

  • Комментарии с грубой и ненормативной лексикой
  • Прямые или косвенные оскорбления героя поста или читателей
  • Короткие оценочные комментарии ("ужасно", "класс", "отстой")
  • Комментарии, разжигающие национальную и социальную рознь
brand brand