Ученые выяснили, что обычный пищевой краситель, который получают из черники, может сыграть ключевую роль в 3D-печати геометрически сложных биологических тканей, например сосудов и легочных альвеол.

Об этом говорится в статье для журнала Science, перевод которой приводит издание «N+1». Как сообщается в статье, ученым удалось напечатать из гидрогеля сложные структуры и на экспериментах с трансплантацией убедиться, что живые клетки могут жить в них.

Отмечается, что сложные трехмерные структуры сосудов почти невозможно напечатать обычным методом послойной 3D-печати. Чтобы решить эту задачу был разработан метод стереолитографии: в этом случае в специальную емкость наливается светочувствительное сырье. Узкий луч ультрафиолетового излучения проходит по поверхности жидкости и заставляет ее застывать в нужных местах, после чего полученный сосуд немного погружается в жидкость и процесс повторяется. Эта технология позволяет печатать большие площади и печатать миллионы вокселей за один шаг.

Обычно ультрафиолетовая головка для печати «рисует» объект в горизонтальной плоскости, двигаясь по координатам x и y, а за ось z отвечает светопоглощающее покрытие, которое не дают материала затвердеть, там где это не нужно.

В то же время, возникает проблема, заключающаяся в том, что поглощающие добавки, применяемые для этого, обладают мутагенным и канцерогенным действием: их нельзя использовать для производства искусственных биологических тканей.

Ученый Баграт Григорян из университета Райса в Хьюстоне и его коллеги решили подобрать такое поглощающее вещество, которое позволило бы использовать стереолитографию для печати сложных биологических структур и при этом не было бы токсичной.

Ученые проанализировали оптические свойства ряда соединений, которые используются в промышленности как пищевые красители, и обнаружили, что три из них вполне подходят на роль светопоглотителя: это синтетический желтый краситель тартразин, желтый натуральный краситель куркумин и красно-фиолетовый краситель антоциан, который получают из черники. Кроме того, в качестве поглотителя подошли биосовместимые наночастицы золота.

Ученые провели серию экспериментов, в ходе которых напечатали из гидрогеля искусственный кровеносный сосуд с клапанами диаметром один миллиметр. Все три типа красителей и наночастицы золота обеспечили надлежащее качество печати.

На следующем этапе ученые из гидрогеля сложную геометрическую структуру: емкость, которая по спирали охватывала кольцо, а затем построили искусственную легочную альвеолу — «мешок», опутанный сетью сосудов.

Кроме того, ученые убедились, что структуры, напечатанные из гидрогеля, можно действительно использовать для создания искусственных органов. Для этого они создали небольшой «лабиринт» из искусственных сосудов, который заселили фибробластами легких человека, клетками дыхательных путей и стволовыми клетками. Клетки оставались жизнеспособными в течение нескольких недель.

На последней стадии они провели эксперименты на мышах: ученые напечатали из гидрогеля структуру, заселенную гепатоцитами мышей и отдельно клеточный агрегат из одного слоя тех же клеток. Затем их трансплантировали мышам с печеночной недостаточностью. Через 14 дней после трансплантации клетки искусственной печени оставались жизнеспособными и «работали».

Ранее мы писали, что украинский стартап Kwambio, известный как фабрика дизайнерских 3D-форм, запустил печать человеческих костей для нужд медицины.

Поделиться: