Версия для слабовидящих
В Сколково рассказали о лазерной печати живыми клетками Печать Email
Новости науки
17.02.2016

В Москве состоялась уже третья научная конференция по биопринтингу и биофабрикации, проводимая совместно лабораторией биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и Инновационным центром "Сколково". Профессор Ганноверского университета им. Лейбница, заведующий отделом нанотехнологий Лазерного центра Ганновера Борис Чичков и научный руководитель Лаборатории биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions профессор Владимир Миронов рассказали о ключевых технологиях, использующихся при лазерной печати живыми клетками, и достижениях в этой области.

3D-биопечать является направлением регенеративной медицины, куда также входит клеточная терапия и инжиниринг тканей.

"Биопечать органов отличается от тканевой инженерии тем, что используется роботическое устройство, то есть технология основана на роботах. Второе, недостаточно использовать робота, нужно использовать и информационную технологию, то есть каждый строительный блок вкладывается согласно цифровой модели", — рассказал Миронов.

Основная идея биопечати, или биопринтинга, – это сбор тканей и органов из конгломератов клеток, подобно конструктору. По словам Миронова, биочернилами называются тканевые сфероиды (плотно упакованные агрегаты живых клеток), способные к самосброске, а биобумагой – гидрогель, в который внедряются "капли" живой материи. Саму сборку можно осуществлять на биопринтерах. Кстати, в 2014 году был представлен первый отечественный 3D-биопринтер под названием FABION.

Причём же тут лазерная печать трёхмерных структур? "Мы используем технологию, которая называется двухфотонная полимеризация. С помощью этой технологии можно создавать настоящие трёхмерные структуры", — говорит Чичков.

Двухфотонная полимеризация — это лазерный метод изготовления трёхмерной структуры по заранее разработанной модели.

По словам Чичкова, таким способом можно не просто напечатать трёхмерную структуру, но и "проструктурировать" её внутри. "Это позволяет создавать трёхмерные скаффолды", — говорит он. Слово scaffold переводится с английского языка как "строительные леса, помост", проще говоря, "скаффолд" — это поддерживающая структура.

Отметим, что скаффолды – это трёхмерные матрицы, основная функция которых состоит в обеспечении механического каркаса для клеток.

В России уже есть три системы трёхмерной печати. В частности, одна из них находится в Институте проблем лазерных и информационных технологий Российской академии наук (ИПЛИТ РАН).

Такая технология позволяет создавать гибридные полимеры. "Мы разработали эти материалы. Они обладают таким свойством, что если вы в компьютере создали какую-то модель, то можете напечатать её в материал. При этом сжатие структуры практически отсутствует", — рассказывает Чичков. Кроме того, можно создавать трёхмерные структуры: размер элемента может быть меньше, чем 100 нанометров.

По словам учёного, одной из самых интересных областей применения для этой технологии уже в ближайшие годы может стать создание так называемых органов-на-чипе. Такое устройство поможет смоделировать поведение целого человеческого органа (например, при приёме тех или иных лекарств).

Что необходимо для лазерной печати живыми клетками? Матрица — биологическая основа, которая должна быть идентичной натуральной, иными словами, состоять из собственных клеток человека. "Также необходимы клетки и биоактивные материалы. Можно использовать, например, мышь или человека в качестве биореактора, куда этот скаффолд можно поместить", — объясняет Чичков.

Поясним, каков процесс печати живыми клетками. На верхней тонкой полоске материала помещается гидрогель с живыми клетками в нём. Внизу располагается подложка, на которую будет наноситься печатаемый объект. Под воздействием лазерного импульса, слой, абсорбирующий энергию, создаёт ударную волну. Она в свою очередь переносит биообъекты (каплю с клетками) на нижнюю подложку.

 

Но не всё так просто. "Одна из основных проблем состоит в том, как потом внедрить в полученный скаффолд кровеносные сосуды", — говорит Чичков.

По его словам, сейчас учёные вкладывают много усилий в развитие этого направления. Эксперименты показывают, что иногда получаются хорошие капилляры, иногда – нет. "В принципе, я надеюсь, что это будет возможно", — добавляет он.

Ключевые преимущества лазерной печати живыми клетками в том, что можно работать с произвольным количеством клеток и с материалом любой вязкости. "Это означает, что можно положить в гидрогель очень много клеток, и мы можем создавать большую концентрацию клеток. Технология гарантирует высокую выживаемость клетки: после печати стволовыми клетками они остаются в культуре в течение нескольких дней. Мы наблюдаем, что структура остаётся такой же, какой она и была. Эти стволовые клетки можно потом дифференцировать в хрящ или кость. Эта технология совместима со всем, что вы можете делать со стволовыми клетками", — отмечает Чичков.

По его словам, технология не влияет на клетки. "Она оказывает даже некий стимулирующий характер на клетки, но доказать это экспериментально довольно трудно. Во всяком случаем, все согласны с нашим заключением, что лазерная печать не влияет на клетки", — говорит он.

Также важно, что лазеры позволяют автоматизировать процесс печати. "Все ваши машины сегодня свариваются лазером, здесь то же самое", — рассказал учёный.

Если биопечатью сегодня, в общем-то, никого уже не удивишь, то вот новыми проектами исследователи собравшихся поразили. Так, Чичков сообщил о "печати" землёй и микроорганизмами. Дело в том, что на сегодняшний день учёными культивирован всего один процент из существующих микроорганизмов. Остальные 99% остаются за бортом исследований. Сложность состоит в том, что в крохотном объёме почвы содержится целая вселенная микроорганизмов, изучить каждый отдельный вид в этом случае крайне сложно. А вот если измельчить землю…

"То, что мы можем печать маленькие кусочки земли, на которой находится всего лишь несколько микроорганизмов, позволяет нам получить доступ к новым видам микроорганизмов и затем культивировать их. И мы надеемся, что на этом пути будут созданы новые антибиотики", — говорит Чичков.

Миронов также заинтриговал новым проектом под названием "тканевый пистолет" (tissue gun). "Мы решили создать что-то, чего никогда не было. Чем известна Россия? Тем, что мы производим автомат Калашникова. А мы хотим создать то, что делает абсолютно противоположное — tissue gun. Но как он работает и что там внутри, мы пока не расскажем", — заинтриговал слушателей учёный.

Ещё один интересный проект связан с проблемой облысения. По словам Чичкова, для того чтобы вырастить волосы в коже, необходимы клетки, который "создают" корень волоса. Для этого необходимо использовать "мешочки", в которых можно будет выращивать волосяные луковицы (фолликулы). "Такие элементы были созданы командой Миронова. Их назвали капиллинсеры (capillinser)", — рассказал Чичков.

По словам Миронова, название "капиллинсер" образовано от слов "волос" (capillo на латыни) и "вставка" (insertion).

Одна из возможных технологий борьбы с облысением будет таковой: "Берётся кожа, делается дырки лазером, туда вставляется капиллинсеры с клетками дермоса и эпидермиса, волос начинает расти, а капиллинсеры деградирует. Через какое-то время на Земле вообще не будет людей, которые не имеют волос", — рассказывает о новом проекте российский учёный.

Конечно, когда лазерная печать живыми клетками перестала быть научной фантазией и стала вполне реальной, возник вопрос: "Можно ли напечатать человека и что для этого потребуется?". "Человек весом в 100 килограммов состоит из десяти в четырнадцатой степени клеток. И сегодняшние технологии позволят напечатать массив человека за два часа сорок семь минут. Конечно, это не будет человек в прямом смысле слова, это будет просто клеточный конгломерат. Но, тем не менее, это вполне реально", — заключил Чичков.

Источник - http://www.vesti.ru/doc.html?id=2721123

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта