Группа исследователей из США распечатала на обычном 3D-принтере искусственные аналоги коронарных и бедренных сосудов, сердце и другие сложные биологические структуры. Для этого они придумали новый метод печати «гель-в-геле». Работаопубликованав журнале Science Advances, пресс-релиз доступен на сайте Университета Карнеги—Меллон.

Традиционно 3D-печать позволяет создавать объекты из пластика или металла. Однако для создания биологических структур, таких как сердце или сосуды, необходимы мягкие биосовместимые материалы. Основная проблема создания нетвердых объектов заключается в самой принципе 3D-печати:при нанесении последующего слоя необходимо, чтобы основой ему служил предыдущий. Однако идеально подходящие для медицинских применений коллаген, фибрин и другие желеобразные материалы при попытке их «печатать» просто оседают под собственным весом.

Напечатанный на 3D-принтере сосуд. Кадр: Adam Feinberg Demonstrates 3-D Bioprinting Process / Youtube

Исследователи нашли способ обойти эту проблему, используя в качестве матрицы для печати другой гель на основе микрочастиц желатина. Ученые подбирали биосовместимый материал с небольшим механическим сопротивлением, чтобы «игла» принтера могла свободно по нему двигаться, но он оставался достаточно плотным, чтобы не давать уже напечатанным слоям растекаться. Для достижения необходимых параметров ученые подвергли обычное желатиновое желе обработке в блендере и центрифуге, получив таким способом гель с частицами определенного размера.

Печать производили белками или гелеобразными полисахаридами, например, альгиновой кислотой. В качестве «трафарета» авторы использовали подробные 3D-изображения сосудов или сердца, полученные с помощью метода магнитно-резонансной томографии. Эксперименты производили в стерильной атмосфере, желатиновый гель-основу помещали в закрепленную на столике чашку Петри. «Иглу» принтера вводили в желатин и производили печать материалом, который вытекал из ее носика. В процессе печати происходило гелеобразование полисахарида в желатине.

 Печать проводилась при температуре от 4 до 22°С, чтобы гель-основа не расплавилась. По окончанию температуру поднимали до 37°С, что позволяло легко удалить желатиновую матрицу. Такая температура является неразрушающей не только для напечатанных объектов, но и для живых клеток, которые можно включить в состав печатаемой смеси.  

Ученые смогли не просто создать новую методику создания сложных биологических структур, но и значительно удешевить ее стоимость. Печать биологических объектов – не новинка, но ранее для нее использовали 3D-принтеры специальной конструкции, стоимость которых очень высока. Авторам данной работы удалось приспособить для этой цели обычные 3D-принтеры, стоимость которых в 100 раз меньше. В дальнейшем ученые собираются внедрять в печатаемые ими структуры настоящие сердечные клетки для дальнейшего формирования мышечной ткани и создания «живого»искусственного сердца.