Биопринтинг назван ключевой технологией, которая станет основой регенеративной медицины. Ведущие IT-компании включили биопринтинг в число 200 ведущих технологий будущего в медицине и IT. В течение последних 10 лет этой областью занимаются ведущие мировые учёные и основные научные организации. Россия присоединилась к мировой технологической гонке и формирует компетенции в этой области. Трансплантация органов и тканей, созданных на основе технологии 3D-культивирования, включена в перечень приоритетных, стратегических для страны задач. В 4D-печати четвертое измерение – это время. Здесь строятся крупномасштабные структуры, способные к самостоятельной сборке.
4D-печать похожа на 3D-биопечать в том плане, что в обоих случаях напечатанная структура, будь то клетка или что-то крупное из полимера, продолжает со временем изменяться в соответствии с замыслом дизайнера. Говоря просто, процессы, происходящие в природе, мы переносим в производство – это и есть 4D-печать.
Команда профессора Леонида Ионова в Байройтском университете в Германии решила поднять планку и перейти к 4D-биопечати. В рамках этого подхода сначала создаются плоские конструкции – под воздействием воды и тепла они складываются в заранее заданную трехмерную структуру. За счет самостоятельного складывания конструкции ученые рассчитывают решить проблемы, свойственные другим 3D-биопринтерам.
На данной стадии развития технологий обычные 3D-биопринтеры способны производить трубки диаметром в десятки-сотни микрон. Для сравнения, диаметр самых маленьких сосудов в теле человека составляет всего 5 микрон. Создать конструкции такого размера на сегодняшний день почти невозможно – но это ключевой шаг к производству сложных тканей для испытания медикаментов и лечения.
С помощью 4D-биопечати в лаборатории Ионова удается добиться вдвое меньшего диаметра – этого можно достичь благодаря самостоятельному складыванию конструкции. Пока исследователям удается создавать сосуды с минимальным внутренним диаметром 20 микрон — такие показатели недостижимы для других 3D-биопринтеров. Кроме того, материалы из альгиновой и гиалуроновой кислоты не оказывают негативного воздействия на напечатанные клетки – выживаемость костного мозга мышей возрастает до семи дней.
Подводя итог, исследователи отмечают, что представленный подход открывает новые возможности создания клеточных структур для тканевой инженерии и регенеративной медицины.
Малоизвестный французский стартап Poietis, основанный в сентябре прошлого года, также активно работает над созданием технологии, которая позволит с помощью лазерных лучей печатать живые клетки.
Подход Poietis радикально отличается от других компаний, таких как Organovo, поскольку вместо традиционного процесса 3D-печати с использованием экструдеров команда исследует биопечать с применением лазерных лучей. Такой метод позволяет производить живые клетки максимально точно и с высоким разрешением. На самом деле, представители Poietis заявляют, что концентрация при таком способе 3D-печати достигает 100 миллионов клеток на мм, а разрешение – 20 микрон. Таким образом, выживаемость клеток составляет феноменальные 100%.
Принцип действия технологии заключается в фокусировании лазера на субстрате, в котором содержатся клетки. В ходе этой процедуры возникает струя микрокапель, которые затем концентрируются на рабочей поверхности по мере того, как устройство филигранно «печатает» этими клетками слой за слоем трехмерный объект. Этот процесс назвали «4д-биопечать», поскольку он задействует также четвертое измерение, время – по завершении печати необходимо подождать, пока клетки установят взаимосвязи и самостоятельно примут окончательную форму.
Такой уникальный подход к биопечати привлек внимание крупнейшего игрока в химической промышленности, немецкой компании BASF. Уже более 150 лет компания играет важнейшую роль в химической промышленности, а в последнее время начала заниматься также инновационными проектами, такими как печать тканей человеческой кожи с помощью вещества, которое извлекается из укропа и называется Lys’lastine V. Теперь BASF хочет использовать лазерную технологию Poietis, совместив ее с собственными разработками, чтобы добиться наилучших результатов в производстве собственных тканей кожи Mimeskin.
«Мы очень довольны возможности такого сотрудничества. Богатый опыт на рынке косметики и средств по уходу за кожей позволяет BASF понять преимущества лазерной 3D-биопечати по сравнению с традиционными технологиями выращивания клеток и другими методами биопечати, – объясняет доктор Фабьян Гиймо, основатель и президент Poietis. – Это партнерство также подчеркивает важность технологий биопечати тканей как альтернативы опытам на животных при производстве косметики и средств по уходу за кожей».
Poietis и BASF на днях подписали соглашение о совместных исследованиях в сфере косметологии для осуществления данного проекта.
«По сравнению с другими методами 3D-печати, эта технология с использованием лазерных лучей позволяет добиться более высокого разрешения, что касается моделирования клеток, – комментирует доктор Себастьян Кадо, ответственный за технологии тканевой инженерии в BASF. – Благодаря сотрудничеству с Poietis BASF получает стратегическое преимущество лучшего понимания механизмов работы тканей кожи, которые чрезвычайно важны для разработки и тестирования продвинутых средств по уходу за кожей».
По мере развития индустрии биопечати будет любопытно проследить за совместной работой двух компаний, когда проект начнет приносить результаты. Нет сомнений, что другие компании, как крупные, так и мелкие, войдут в эту отрасль в ближайшие годы. Подробности соглашения, которое заключили Poietis и BASF, пока не разглашаются.
