Биологи напечатали человеческое ухо внутри тела грызунов

В будущем технология поможет восстанавливать ушные раковины после травм.

В будущем технология поможет восстанавливать ушные раковины после травм.
Иллюстрация Maling Gou, State Key Laboratory of Biotherapy and Cancer Center, West China Hospital, Sichuan University.

Принципиальная схема эксперимента. Перевод Вести.Ru.

Принципиальная схема эксперимента. Перевод Вести.Ru.
Иллюстрация Yuwen Chen et al., Science Advances (2020).

Структуры, напечатанные в живой ткани под кожей мышей.

Структуры, напечатанные в живой ткани под кожей мышей.
Иллюстрация Jiumeng Zhang, State Key Laboratory of Biotherapy and Cancer Center.

Исследователи напечатали под кожей мышей уменьшенную копию человеческой ушной раковины.

Исследователи напечатали под кожей мышей уменьшенную копию человеческой ушной раковины.
Иллюстрация Jiumeng Zhang, State Key Laboratory of Biotherapy and Cancer Center.

Темпы заживления ран в контрольной группе (слева) и у животных, получивших 3D-печатную заплатку (справа). Перевод Вести.Ru.

Темпы заживления ран в контрольной группе (слева) и у животных, получивших 3D-печатную заплатку (справа). Перевод Вести.Ru.
Иллюстрация Jiumeng Zhang, State Key Laboratory of Biotherapy and Cancer Center.

В будущем технология поможет восстанавливать ушные раковины после травм.
Принципиальная схема эксперимента. Перевод Вести.Ru.
Структуры, напечатанные в живой ткани под кожей мышей.
Исследователи напечатали под кожей мышей уменьшенную копию человеческой ушной раковины.
Темпы заживления ран в контрольной группе (слева) и у животных, получивших 3D-печатную заплатку (справа). Перевод Вести.Ru.

Учёные опробовали метод 3D-печати органов, который не требует хирургического вмешательства. Лазерный луч проникает сквозь неповреждённую кожу и формирует нужную структуру прямо под ней.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Science Advances.

Многие исследователи сегодня работают над технологиями 3D-печати живых тканей и даже целых органов. Обычно чернилами для 3D-принтера служит культура живых клеток, погружённая в специальную жидкость или гель – фотополимер. Там, где на фотополимер падает луч лазера, происходит химическая реакция, и субстанция затвердевает. Так формируется каркас органа.

Но такую процедуру приходится проводить либо вне организма, либо в открытой ране. Дело в том, что обычно в 3D-принтерах используются ультрафиолетовые лазеры, а это излучение не проникает сквозь кожу.

Теперь учёные из Китая, США и Бельгии разработали метод, который позволяет печатать нужную структуру под неповреждённой кожей человека или животного.

Исследователи использовали лазер ближнего инфракрасного диапазона, излучение которого проникает сквозь ткани на приемлемую глубину. При этом в чернила для биопринтера (биочернила) были добавлены наночастицы, которые поглощают инфракрасные волны и переизлучают их уже в виде ультрафиолетовых. А уж ультрафиолет вызывает нужные химические реакции в фотополимере.

Как отмечают разработчики нового метода, фотополимер и культура клеток вводятся путём инъекции через крошечный прокол. Затем наступает черёд облучения.

Лазерные лучи проходят сквозь оптическую систему, которая складывает из них нужную форму. Это можно сравнить с популярным некогда гаджетом: насадками на лазерные указки, превращающими "лазерный зайчик" в картинку. В данном случае такая картинка представляет собой форму будущего органа или другой структуры.

Принципиальная схема эксперимента. Перевод Вести.Ru.

Для начала исследователи опробовали свой метод вне организма. Они напечатали разнообразные фигуры через мёртвую кожу мыши и мышечную ткань свиньи.

Затем пришёл черёд печати в живом организме. Экспериментаторы напечатали под кожей живых мышей простые фигуры (например, треугольники и кресты). Авторы убедились, что за неделю пребывания в организме эти инородные объекты не вызвали воспаления окружающих тканей или других осложнений.

Структуры, напечатанные в живой ткани под кожей мышей.

На следующем этапе биологи напечатали структуру, копирующую форму человеческой ушной раковины (конечно, в уменьшенном виде). Для этого в биочернилах использовались клетки хряща.

Авторы взяли в качестве прототипа одно ухо и напечатали его зеркальное отражение в качестве второго уха. Именно так в будущем предполагается восстанавливать повреждённую ушную раковину, взяв здоровую за образец.

Ухо печаталось в двух вариантах: вне организма и под кожей живой мыши. В первом случае исследователи могли прямо замерить количество выживших клеток хряща. Спустя семь дней их всё ещё оставалось более 80%.

Внутри организма грызуна значительная часть клеток тоже выжила и начала выделять коллаген.

Напечатанная в живом организме ушная раковина приобретала окончательную форму в течение месяца. Она становилась всё более реалистичной по мере того, как клетки хряща размножались, заселяли напечатанный полимерный каркас и выделяли коллаген.

Исследователи напечатали под кожей мышей уменьшенную копию человеческой ушной раковины.

(A) Человеческая ушная раковина-прототип. (B) Её зеркальное отражение. (C) Контур, использованный как образец для печати. (D) Напечатанная вне организма структура. (E) Изображение напечатанной вне организма структуры через семь дней. Живые клетки хряща подсвечены зелёным. (F) Напечатанная в организме мыши ушная раковина. (G) Она же через месяц после печати. (H), (I). Микроизображения коллагена, выделенного клетками хряща в организме мыши.

Наконец, исследователи опробовали ещё одну перспективную процедуру: лечение закрытых ран с помощью 3D-принтера. Для этого они внедрили в биочернила стволовые клетки.

В закрытой ране под кожей живых мышей печаталась подходящая по размеру и форме заплатка. За 10 дней рана у животных затягивалась на 80%. У контрольных же особей, не получавших никакого лечения, – только на 40%.

Темпы заживления ран в контрольной группе (слева) и у животных, получивших 3D-печатную заплатку (справа). Перевод Вести.Ru.

Таким образом, 3D-печать сквозь кожу оказалась эффективна при лечении ран и создании простых органов, таких как ушная раковина. Исследователи надеются, что в обозримом будущем этот метод переместится из лабораторий в клиники.

К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о напечатанной на 3D-принтере роговице глаза и яичниках.