Ученые распечатали трехмерное сердце из тканей пациента
Хотя за последние несколько лет 3D-печать продвинулась вперед семимильными шагами, использование ее для печати функционирующих человеческих органов по-прежнему остается далекой мечтой. Однако недавно ученые приблизили эту мечту на один шаг.
Изображение предоставлено: Advanced Science 2019 Авторы
Сердечно-сосудистые заболевания - основная причина смерти в Соединенных Штатах.
По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний (CDC), 610 000 человек в США ежегодно умирают от болезней сердца.
После того, как болезнь дойдет до последней стадии, единственным вариантом лечения станет трансплантация сердца.
Из-за того, что доноров сердца слишком мало, нужно долго ждать жизненно важной трансплантации.
Ученые стремятся найти способы залатать существующую ткань сердца, чтобы удалить или отсрочить необходимость трансплантации.
Например, если бы хирурги могли внедрить материал в сердце, он мог бы сформировать временный каркас для поддержки клеток и ускорения клеточной реорганизации.
Эта так называемая инженерия сердечной ткани имеет ряд проблем; в первую очередь, ученым нужно найти материал, который не отвергнет тело. Исследователи уже испробовали ряд материалов и методов, но идеальные кандидаты - это клетки тела пациента.
Биоинки и стволовые клетки
В последние годы исследователи добились некоторого прогресса в искусственном воспроизведении тканей человека.
Группа ученых из Тель-Авивского университета в Израиле сделала еще один шаг вперед в этой работе и перешла на следующий этап инженерии сердечной ткани.
«Это первый случай, когда кто-либо где-либо успешно спроектировал и напечатал целое сердце, наполненное клетками, кровеносными сосудами, желудочками и камерами».
Ведущий научный сотрудник профессор Таль Двир
Ученые разработали новаторский подход, который позволяет им создать искусственное сердце, максимально приближенное к настоящему времени.
Их первым шагом было взятие биопсии жировой ткани пациента; затем они отделили клеточный материал от неклеточного материала.
Исследователи перепрограммировали клетки жировой ткани, чтобы они стали плюрипотентными стволовыми клетками, которые могут развиваться в различные типы клеток, необходимые для роста сердца.
Бесклеточный материал состоит из структурных компонентов, таких как гликопротеины и коллаген; ученые модифицировали их, чтобы превратить их в «биочерку».
Затем они смешали этот биочувствительный элемент со стволовыми клетками. Клетки дифференцировались в сердечные или эндотелиальные клетки (которые выстилают кровеносные сосуды), которые ученые могли использовать для создания сердечных бляшек, включая кровеносные сосуды.
Они подробно описывают свои методы в недавней статье, опубликованной в журнале. Продвинутая наука.
«Размером с кроличье сердце»
«Это сердце сделано из человеческих клеток и биологических материалов, специально предназначенных для пациентов. В нашем процессе эти материалы служат биочернилами, веществами, состоящими из сахаров и белков, которые можно использовать для 3D-печати сложных моделей тканей », - говорит профессор Двир.
Он продолжает: «В прошлом людям удавалось напечатать структуру сердца на 3D-принтере, но не с клетками или кровеносными сосудами. Наши результаты демонстрируют потенциал нашего подхода к разработке персонализированной замены тканей и органов в будущем ».
Чтобы продемонстрировать потенциал своей техники, ученые создали маленькое, но анатомически точное сердце с кровеносными сосудами и клетками.
«На данном этапе наше трехмерное сердце маленькое, размером с сердце кролика», - говорит профессор Двир. «Но для больших человеческих сердец требуется та же технология».
Стоит отметить, что эта технология еще очень далека от возможности заменить пересадку сердца. Это всего лишь еще один шаг по пути, хотя и довольно большой.
Важнейшая следующая задача, как говорит профессор Двир, - научить их вести себя как сердца; он объясняет, что им «нужно и дальше развивать печатное сердце. Клеткам необходимо формировать насосную способность; в настоящее время они могут заключить контракт, но нам нужно, чтобы они работали вместе ».
«Мы надеемся, - продолжает он, - что мы добьемся успеха и докажем эффективность и полезность нашего метода».
Впереди еще долгий путь, но исследователи воодушевлены тем, как далеко они продвинулись.
«Возможно, через 10 лет в лучших больницах мира появятся принтеры для органов, и эти процедуры будут проводиться регулярно».
Проф. Тал Двир
