Вместо синтетики — коллаген: ученые разрабатывают материал для 3D-печати живых тканей
iXBT.com ·
Исследователи немецкого Института Фраунгофера разрабатывают новый тип биочернил для 3D-печати искусственных тканей. В рамках проекта PhysioINK ученые используют коллаген и эластин — структурные белки, которые входят в состав кожи, кровеносных сосудов и других тканей человеческого организма. С помощью новой технологии исследователям уже удалось изготовить трехмерные модели кожной ткани.
Исследователи немецкого Института Фраунгофера разрабатывают новый тип биочернил для 3D-печати искусственных тканей. В рамках проекта PhysioINK ученые используют коллаген и эластин — структурные белки, которые входят в состав кожи, кровеносных сосудов и других тканей человеческого организма. С помощью новой технологии исследователям уже удалось изготовить трехмерные модели кожной ткани.
Одна из главных проблем биопечати связана с противоречивыми требованиями к материалу. Во время прохождения через сопло 3D-принтера он должен оставаться достаточно текучим, чтобы его можно было наносить тонкими слоями. Сразу после нанесения, наоборот, материал должен быстро превращаться в стабильную трехмерную структуру. При этом сам процесс печати не должен повреждать содержащиеся в биочернилах живые клетки.
Для решения этой задачи ученые используют сульфат целлюлозы, который временно стабилизирует молекулы коллагена. Благодаря этому белковая смесь сохраняет подходящую для печати текучесть и не превращается в гель раньше времени.
После нанесения изменение температуры запускает другой процесс: молекулы коллагена начинают самостоятельно организовываться и формировать характерную волокнистую структуру. В результате первоначально текучие биочернила превращаются в белковый каркас, по строению напоминающий естественную межклеточную среду.
Температурный режим является одним из ключевых элементов технологии. Вместе с повышенной концентрацией коллагена он позволяет контролировать стабильность смеси и предотвращать ее преждевременное превращение в гель еще до выхода из печатающей головки.
Отличительная особенность PhysioINK — в составе материала. Во многих существующих подходах к биопечати используются синтетические полимеры или химически модифицированные природные материалы. Немецкие исследователи стремятся сформировать основу биочернил преимущественно из физиологических белков, которые непосредственно присутствуют в тканях организма.
Коллаген обеспечивает тканям структурную прочность, а эластин отвечает за способность растягиваться и возвращаться к исходной форме. Их сочетание потенциально позволяет точнее воспроизводить механические свойства биологических тканей.
Пока технология не позволяет печатать полноценные функциональные человеческие органы. Помимо создания подходящего белкового каркаса, для этого необходимо решить значительно более сложные задачи, включая формирование кровеносной сети, обеспечение большого количества клеток питательными веществами и поддержание их жизнеспособности в течение длительного времени.
Тем не менее PhysioINK уже позволяет создавать более реалистичные трехмерные модели тканей. В перспективе такие структуры могут использоваться для биомедицинских исследований, изучения заболеваний и тестирования лекарственных препаратов и других веществ. Дальнейшее развитие технологии может также приблизить создание более сложных искусственных тканей.