Биопечать - это увлекательно. Мы еще даже близко не подошли к полному освоению возможностей, предлагаемых аддитивным производством пластиковых и металлических компонентов, которые уже мечтают о 3D-печати целых сложных органов. После посещения доктора Джоса Мальды и нового современного центра 3D-биопечати, который он строит в Утрехтском университете и исследовательской больнице, я понял, что, хотя это не произойдет в ближайшее время, будущее 3D-биопечати широко открыто, и Возможности, которые он предлагает, потрясающие.
Как недавно сообщил Майкл, д-р Мальда запускает первую программу магистратуры в области биопечати в рамках проекта, охватывающего два континента и объединяющего университеты Утрехта и Вюрцольфсбурга в Европе с Сиднейским Квинслендским технологическим университетом и Университетом Вуллонгонга в Австралии. Это не единственная деятельность, в которой он участвует - придание импульса процветающей индустрии 3D-биопечати.
Все начинается, особенно для меня, с курса биопечати, который я недавно имел возможность посетить в Утрехтском университете. Концепция курса заключалась в том, чтобы продемонстрировать сходство и точки соприкосновения между настольной 3D-печатью и биопечатью. Я участвовал в среду, когда дискуссия перешла от FDM к реальным возможностям биопечати. Он начинается с регенеративной медицины (науки о повторном выращивании клеток и органов с использованием в основном различных типов клеток и стволовых клеток) и продолжается использованием этих клеточных материалов - возможно, смешиванием их с биосовместимыми термопластами - для сборки тканевых структур. Это будет сделано на строящемся новом объекте.
«Это будет централизовано в новом здании», - объяснил мне д-р Мальда, который имеет опыт работы в области инженерии биопроцессов и в течение последних восьми лет организовывал деятельность университета по биопечати.«Будет 120 исследователей, полностью посвященных регенеративной медицине и биофабрикации. Наша основная работа в рамках биопечати на ранних стадиях связана с хрящами и подлежащими костями. Для этого типа биологических структур технологии биопечати созрели, и разработка биочернил идет экспоненциально. Наша цель - создать центр знаний, сосредоточенный на Утрехте, и при этом обратиться к международному научному сообществу».
Биочернила - это материалы, используемые для 3D-биопечати. Они используются так же, как нить на 3D-принтере FDM, хотя они желатиновые и содержат живые клетки, поэтому они не нагреваются и не могут нагреваться выше температур, совместимых с органической жизнью. Так же, как в промышленной и настольной 3D-печати, материалы являются ключом к будущему только 3D-биопечати, имея дело с клетками и стволовыми клетками, которые могут трансформироваться во множество различных типов органических тканей, они бесконечно более сложны. Это означает, что нас ждет период экстремальных исследований и постоянных открытий, сочетающих новые знания в области регенеративной медицины и аддитивного цифрового производства.
Это стало очевидным для меня, когда во время курса один студент предложил возможный эксперимент с определенным типом комбинации клеточного материала и профессор Маастрихтского университета Лоренцо Морони, который работает с доктором Мальда над этим проектом. и является экспертом в технологии электропрядения, просто ответил, что ему следует протестировать ее. Прямо сейчас существуют буквально сотни тысяч возможностей, и единственный способ узнать, сработают ли они, - это попробовать их. Прекрасное время, чтобы стать (или стать) биоинженером.
Тем не менее, мы должны быть реалистами. Сложности, связанные с созданием полностью функционального органа, такого как печень или почки, огромны и не будут преодолены в ближайшее время, хотя я верю, что когда-нибудь они будут преодолены. Доктор Мальда тоже, и он знает процессы и шаги, которые приведут к этому.
«Наряду с ушными и коленными хрящевыми структурами мы работаем над стволовыми клетками печени и регенерацией печени», - объясняет он. «Нам нужно создать биологическую 3D-модель, которую мы можем использовать в качестве скрининга или образца заболевания для этой конкретной ткани. Как только мы сможем это сделать, если мы сможем «созреть» его правильно, однажды мы сможем использовать его для имплантации».
«Скрининг наркотиков традиционно проводится в чашке Петри с плоской поверхностью, но клетки ведут себя в трехмерной среде иначе, чем в трехмерной», - продолжил д-р Мальда. «Вот почему мы используем гели для создания трехмерных структур. В случае кожи клетки в определенной степени способны к самореорганизации, чтобы принять ту же форму, что и кожа ex vivo. Таким образом, мы можем создавать искусственную 3D-кожу и изучать ее реакцию на внешние раздражители, такие как ожоги. В случае с печенью это намного сложнее, так как различные печеночные, эндотелиальные и мышечные клетки не самореорганизуются. Нам нужно иметь возможность 3D-печатать их в нужных местах, одновременно создавая внутреннюю сосудистую структуру.”
Сможет ли человечество достичь всего этого и многого другого, зависит от двух факторов: разработки биочернил и обмена знаниями между исследователями, работающими в самых разных областях. Первый решается в рамках проекта HydroZONES EU, междисциплинарного консорциума, который стремится регенерировать суставной хрящ на основе биофункциональных имплантатов на основе гидрогеля, имитирующих зональную структуру и функцию тканей..
«В этот проект мы включаем множество различных областей, включая биофармацевтическую ортопедию и даже факультет ветеринарной медицины Утрехтского университета, чтобы создать многослойный композитный имплантат, состоящий как из термопластов, так и из гидрогелей для восстановления хряща. Основное предположение состоит в том, что очень многослойная структура хряща может сделать его идеальным для воспроизведения искусственной функциональной версии за относительно короткое время».
Аспект «обмена знаниями» будет реализован через Международную конференцию Biofabrication 2015, о которой только что было объявлено и которая пройдет в Утрехте 7-9 ноября следующего года. Междисциплинарное совещание под совместным председательством доктора Мальды и профессора Морони соберет лидеров исследований, ученых, клиницистов и представителей отрасли со всего мира, чтобы обменяться идеями и предоставить «нестандартные» идеи из всех областей, связанных с биофабрикацией..
В области, которая развивается так же быстро, как биопечать, кто знает, о чем они будут говорить через 18 месяцев. Мне, например, не терпится узнать.