Исследователи из Файнштейновского института медицинских исследований разработали технологию быстрого и недорого изготовления трахейного биопротеза с помощью 3D принтера, который они даже использовали для создания дешевого биореактора, ускоряющего клеточный рост.
Повреждения трахеи, которые могут вызываться различными травмами и опухолями, трудно поддаются лечению. Хирургия при лечении трахеи находит ограниченное применение (особенно у детей) из-за необходимости удаления значительных по размерам участков трахеи. Если будет удалено слишком много трахеи, то напряжения на концах соединенных хирургически участков будет слишком большим, что как результат может приводить к потенциально катастрофическим осложнениям.
«Создание дыхательного горла — это неизведанная территория, — говорит Тодд Гольдштейн (Todd Goldstein), исследователь из Файнштейновского института. – Реконструированный участок должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать кашель, и чихание или нагрузки при повороте шеи, и достаточно гибким, чтобы шея пациента могла свободно двигаться».
Найденный способ решает проблему с помощью тканевой инженерии, при которой хрящ, выращивается из смеси клеток (хондроцитов), питательных веществ, обеспечивающих их рост, а также коллагена, необходимого для протекания всего процесса. Но это всего лишь общая схема, так как вырастить правильный по форме хрящ, подходящий для лечебных целей, несколько сложнее.
Вот здесь и начинается использование 3D печати. Команда ученых использовала печатающее 3D устройство «MakerBot Replicator 2X Experimental 3D Printer» для создания опорной конструкции, которая затем была покрыта биологической смесью из коллагена и хондроцитов. Именно опорная конструкция из PLA-пластика и обеспечивала правильную структуру хрящевой ткани, выращиваемой из биологической смеси.
Ученые создавали для своих экспериментов множество прототипов опорных конструкций и осуществляли их проверку. При этом они получали значительную помощь от сотрудников компании «MakerBot Industries» в вопросах оптимизации графических файлов и самого принтера для обеспечения печати смесью пластического материала PLA и биоматериала. Сайт компании «MarkerBot Thingiverse» помог команде исследователей, представив подробную информацию об используемом 3D принтере и способе его модификации для обеспечения 3D печати с использованием отдельного экструдера для пластика PLA и отдельного для биоматериала.
Доработка имеющегося 3D принтера позволила команде избежать покупки нового дорогого био-принтера, что снизило затраты на проект и сделало возможным его реализацию. Ученые обнаружили, что стандартная пластиковая нить марки «MakerBot PLA» оказалась вполне пригодной для использования при создании биопротезов, а нагретая головка экструдера способна стерилизовать материалы, используемые в процессе «строительства».
5 сантиметровый участок трахеи «печатался» менее двух часов, затем помещался в биореактор, в котором клетки находились при оптимальной температуре, позволяющей им равномерно расти.
Чтобы исключить покупку нового дорогого биореактора, Гольдштейн с коллегами также использовали 3D принтер фирмы «Makerbot»: они делали с его помощью различные необходимые детали и модифицировали имеющийся инкубатор для удовлетворения потребностей проекта.
Гольдштейн заявил, что результаты исследований являются обнадеживающими и что «клетки благополучно пережили 3D печать и смогли продолжить деление», а найденные технологические решения смогут изменить будущее хирургии трахеи.
