количество статей
2727

Сетчатку глаза напечатали на принтере

http://compulenta.computerra.ru/ | 18.12.2013
Ганглионарные и глиальные клетки, составляющие один из слоёв сетчатки, удалось провести через биопринтер так, что они остались в живых.

Хотя технология трёхмерной печати возникла вовсе не вчера, интерес к ней не ослабевает, и многие новости со словом «3D-принтер» до сих пор воспринимаются как чудо. Но что тут удивительного? Технология ещё не раскрыла свой потенциал, и 3D-принтерные публикации, хоть и сыплются как горох из мешка, отличаются большим разнообразием: так, недавно удалось напечатать литиевый микроаккумулятор и даже гибридный автомобиль, а в прошлом году с помощью этой же технологии была получена скульптура древнего моллюска — просто биологам понадобилось поподробнее разглядеть его облик...

При этом, с одной стороны, трёхмерная печать продолжает развиваться и модифицироваться (например, система Microfactory на основе 3D-принтера может не только создавать объекты сразу из нескольких материалов, но и обрабатывать их), а с другой — метод уже «пошёл в народ»: многие, наверное, слышали о «печати» огнестрельного оружия в домашних условиях. Прецедент был создан в США в прошлом году и настолько напугал власти, что в Филадельфии даже появился закон, запрещающий изготовление оружия таким способом.
Ганглионарная клетка в растворе, выходящем из принтера (фото авторов работы).
Ганглионарная клетка в растворе, выходящем из принтера (фото авторов работы).
Но сейчас нас интересует не всё безграничное поле возможностей трёхмерной печати, а лишь та её область, которая имеет отношение к биологии и медицине. Биологи быстро увидели в 3D-принтере устройство, которое в будущем сможет быстро и просто собирать из клеток целые органы. Эксперименты не заставили себя ждать: пару лет назад с помощью трёхмерной печати удалось создать ухо и модель почки (почка была в виде оболочки, то есть без внутренней ткани и сосудистой системы). Биопринтер оперирует не только клетками, в то же время он создаёт соединительнотканную коллагеновую поддержку, благодаря чему и удаётся сформировать устойчивую трёхмерную клеточную структуру.

Перспективы биопечати весьма широки: учёные обсуждают уже не только создание образцов человеческой ткани для медико-биологических испытаний, но и пересадку таких «напечатанных» тканей, и даже печать in situ, то есть прямо в организме. Последнее, конечно, выглядит сверхэффектно: любую рану можно будет залечить, поместив себя под печатающее устройство либо сунув в него руку или ногу. Однако не стоит думать, что у биопечати нет никаких трудностей. Ведь конечная цель заключается в создании не просто абсолютно точной скульптуры почки или другого органа, а органа работающего. И тут биологам снова пришлось прибегнуть к стволовым клеткам.
Одна из разновидностей биопринтеров (фото Patrik_D).
Одна из разновидностей биопринтеров (фото Patrik_D).
Из стволовых клеток уже давно пытаются получить что-то большее, чем плёнку дифференцированных клеток, но все попытки наталкиваются на трудности с трёхмерной структурой: нужно как-то заставить стволовые клетки сложиться в объёмный орган, но как это сделать в лабораторной культуре (хотя определённый прогресс тут есть)?.. Понятно, почему специалисты по стволовым клеткам и регенеративной медицине ухватились за биопринтеры: с их помощью можно создать работающий орган, нужно лишь убедиться, что стволовые клетки могут перенести такую процедуру.

В этом году учёным удалось провести через биопринтер эмбриональные стволовые клетки человека: 89% клеток оставались в живых спустя трое суток после процедуры, не утратив при этом своей плюрипотентности, то есть способности превращаться в клетки любого другого типа.
Сетчатка мыши; оранжевым окрашены тела ганглионарных нейронов, красным — волокна зрительного нерва, зелёным — глиальные клетки. (Фото Visuals Unlimited / Corbis)
Сетчатка мыши; оранжевым окрашены тела ганглионарных нейронов, красным — волокна зрительного нерва, зелёным — глиальные клетки. (Фото Visuals Unlimited / Corbis)
С одной стороны, использование стволовых клеток упрощает задачу: органы обычно состоят из нескольких типов клеток, и, вместо того чтобы жонглировать несколькими типами, нам достаточно «слепить» орган из однотипных стволовых клеток, а потом дать им соответствующие указания — где, кому и во что превратиться. Однако это упрощение оборачивается проблемой: получившийся «орган» нужно ещё как-то доводить до ума, нужно направить развитие клеток и следить, чтобы оно шло как надо. А где гарантия, что, оказавшись в уже сформированной 3D-структуре, стволовые клетки не закапризничают и не начнут выходить из-под контроля?

Поэтому многие исследователи продолжили работать над созданием «печатных» биоструктур из взрослых, дифференцированных клеток. И вот крупный успех: Барбаре Лорбер (Barbara Lorber) и её коллегам из Кембриджа (Великобритания) удалось с помощью пьезоэлектрического биопринтера создать фрагмент сетчатки — из вполне зрелых клеток.

Следует сразу же сказать, что исследователи манипулировали лишь двумя типами клеток, тогда как в настоящей сетчатке их намного больше. То есть в ходе эксперимента удалось воссоздать вовсе не все её десять слоёв, поэтому наш заголовок (мол, удалось напечатать сетчатку) — в некотором смысле преувеличение. Учёные работали с крысиными ганглионарными клетками сетчатки, которые принимают зрительный сигнал от других клеток и передают его в мозг, а также с глиальными клетками, чья роль — обеспечивать поддержку и защиту ганглионарных нейронов.

Скорость печати составляла 100 клеток в секунду, и, несмотря на сдвигающие силы, воздействовавшие на клетки, последние остались вполне жизнеспособны. В журнале Biofabrication авторы сообщают, что клетки, перенёсшие печать, чувствовали себя так же, как те, что через принтер не проходили. Что важно, ганглионарные клетки могли даже формировать отростки для соединений с соседями. Правда, исследователи тут же отмечают, что на выходе из принтера клеток оказалось меньше ожидаемого — вероятно, из-за того что некоторые оставались в печатающей головке.

Практическое значение результатов пояснять не надо. Напечатанная сетчатка могла бы стать настоящим спасением для людей, которые потеряли зрение из-за дистрофии сетчатки и прочих заболеваний, с ней связанных. Однако о таком применении говорить пока рано: в первую очередь предстоит проверить, насколько функциональны клетки, прошедшие через принтер, способны ли они проводить сигнал, можно ли к ним таким же образом добавить другие типы клеток — например, фоторецепторы. Учитывая, насколько сложна сетчатка, остаётся надеяться на биопринтер: с помощью этого устройства можно выложить сколь угодно сложный клеточный узор, лишь бы сами клетки оставались при этом в живых.

Может, конечно, сложиться впечатление, что тут и говорить-то пока не о чем, но мы ещё раз напомним главное: учёным впервые удалось смешать с помощью биопринтера целых два типа зрелых, дифференцированных клеток, сделав это так, что клетки остались после всего этого живыми.

Подготовлено по материалам LiveScience
  • КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: трехмерная печать органов, 3D печать органов, сетчатка, инновационные технологии