Долгие годы ученые работали над выращиванием органических тканей в лабораторных условиях. Сегодня тканевая инженерия позволяет выращивать человеческие ткани, хотя до сих пор крупные сложные органы выращивать невозможно. Исследователи из Института Фраунгофера начали работу над проектом, который позволит решить эту проблему и выращивать целые органы, пригодные для пересадки человеку. Новый проект BioRap предполагает создание новых технологий и материалов, с помощью которых можно выращивать полноценные искусственные кровеносные сосуды, ткани и сложные органы.

Основная проблема при создании полноценного органа – это снабжение его питательными веществами. До сих пор выращивание полноценной капиллярной системы невозможно. Пять институтов Фраунгофера в 2009 году объединили усилия для разработки биосовместимых искусственных кровеносных сосудов.

Рис. 1. Полимерный искусственный сосуд может решить проблему печати полноценных человеческих органов.

Казалось, что невозможно построить капиллярные структуры: они очень малы, чрезвычайно разветвлены и сложны. Однако на помощь пришли промышленные технологии быстрого прототипирования, которые позволяют создавать 3D-модели любой сложности.

Теперь ученые Фраунгофера работают над адаптацией этой технологии для моделирования крошечных биоструктур и изготовления сложных органических тканей с помощью комбинации двух различных методов: 3D-печати и многофотонной полимеризации.

Струйный 3D-принтер может быстро собирать различные объемные объекты. Уже удалось добиться определенных успехов по 3D-печати различных органических тканей. Однако 3D-печать пока недостаточно точна для микроструктур капиллярных сосудов. Поэтому немецкие исследователи совместили эту технологию с двухфотонной полимеризацией. Последняя представляет собой интенсивное воздействие лазерных импульсов на молекулы, из-за чего происходит их «сшивание» с очень высокой точностью. В результате материал становится эластичным и прочным, в соответствии с характеристиками молекулярного «сырья».

Таким образом можно создавать высокоточные упругие конструкции, полностью соответствующие трехмерной модели. Отдельные процессы этой технологии уже работают, и в настоящее время строится прототип комбинированной системы высокоточной системы 3D-печати с двухфотонной полимеризацией.

Для создания каппиляров и более крупных сосудов также разрабатываются новые материалы, обеспечивающие бесперебойный ток крови. Прежде всего, искусственные кровеносные сосуды должны быть гибкими и упругими, а также без проблем взаимодействовать с естественной тканью. Для этого ученые научились закреплять живые клетки на поверхности полимера с помощью биомолекул, таких как гепарин и якорь-пептиды. В настоящее время разрабатываются специальные «чернила» для 3D-принтера, которые сразу будут содержать смесь синтетических полимеров и биомолекул. Вторым шагом будет покрытие внутренних стенок искусственных сосудов эндотелиальными клетками, которые обеспечат беспрепятственный ток крови точно так же, как и в естественных сосудах человека.

Пока органы, созданные на основе биополимеров, непригодны для трансплантации, но уже могут служить образцами для медицинских опытов. В случае успешной реализации технологии комбинированной печати, в будущем появится возможность создания полноценных человеческих органов.