Технология выращивания искусственных органов на основе стволовых клеток

На нанесении клеток на плоскость учёные останавливаться не собираются. Чтоб напечатать трёхмерный орган, в качестве клея для соединения клеток предполагается использовать экзотический термообратимый (или "термореверсируемый") гель, созданный недавно Анной Гатовска (Anna Gutowska) из тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (Pacific Northwest National Laboratory <http://www.pnl.gov/main/>) .Этот гель является жидким при 20 градусах по Цельсию и затвердевает при температуре выше, чем 32 градуса. И, к счастью, он не вреден для биологических тканей.

При печати на стеклянную подложку наносятся через один слои клеток и слои геля. Если слои достаточно тонкие, то клетки потом срастаются. Гель не мешает срастанию клеток, и в то же самое время придаёт конструкции прочность до того момента, когда клетки срастутся. После чего гель может быть легко удалён с помощью воды. Команда уже провела несколько экспериментов, используя легко доступные клеточные культуры, типа клеток яичника хомяка. По мнению авторов, трёхмерная печать может решить проблему создания новых органов для медицины взамен повреждённых или выращивание органов для биологических опытов. Скорее всего, первой будет пущено в массовое использование технология выращивания больших участков кожи для лечения людей, поражённых ожогами. Поскольку исходные клетки для культивирования "живых чернил" будут взяты от самого пациента, так что проблемы с отторжением быть не должно. Заметим также, что традиционное выращивание органов может занять несколько недель - так что пациент может не дождаться нужного органа. При пересадке органа от другого человека обычно только каждому десятому удаётся дождаться своей очереди на орган, остальные погибают. Но технология биопечати при наличии достаточно количества клеток может потребовать всего несколько часов для построения органа.

Во время печати потребуется решать такие проблемы, как питание искусственного органа. Очевидно, принтер должен печатать орган со всеми сосудами и капиллярами, через которые уже в процессе печати следует подавать питательные вещества (впрочем, как показали опыты Габора Форгача, по крайней мере некоторые органы способны формировать капилляры самостоятельно). Также орган должен быть напечатан не более чем за несколько часов - поэтому для повышения прочности креплений клеток предполагается добавлять в скрепляющий раствор белок коллаген. По прогнозу учёных, уже через несколько лет биопринтеры появятся в клиниках. Перспективы, которые при этом открываются, огромны. Для печати по этой технологии сложного органа, состоящего из большого количества клеток, требуются картриджи с большим разнообразием чернил. Однако, доктор Фил Кэмпбелл (Phil Campbell <http://www.btec.cmu.edu/people/faculty/campbell/pcambell.htm>) и его коллеги из американского университета Карнеги-Меллона (Carnegie Mellon University <http://www.cmu.edu/>), в частности, профессор роботехники Ли Вейсс (Lee Weiss <http://www.ri.cmu.edu/people/weiss_lee.html>) - которые тоже проводят эксперименты с биопечатью - придумали способ, как уменьшить количество видов чернил без вреда для результирующего органа. Для этого в качестве одного из биоцветов он предложил использовать раствор, содержащий фактор роста BMP-2. В качестве другого биоцвета стволовые использовались клетки, полученные из мышц ног мышей. Далее, принтером были нанесены на стекло четыре квадрата со сторонами по 750 микрометров - в каждом из них концентрация гормона роста была различна. Стволовые клетки, оказавшиеся на участках с фактором роста, начали превращаться в клетки костной ткани. И чем большей была концентрация BMP-2, тем выше "урожай" дифференцированных клеток. Стволовые же клетки, которые оказались на чистых участках, превратились в мышечные клетки, так как этот путь развития стволовая клетка выбирает по умолчанию.