Биопринтер печатает живыми клетками
Модифицированный учеными Университета МИСИС биопринтер в виде роборуки, который может печатать живыми клетками прямо на пациенте в операционной, успешно прошёл испытания на животных в лаборатории доклинических исследований МНИОИ имени П.А. Герцена и готов к дальнейшим этапам исследований.
Данная технология биопечати in situ, т.е. непосредственно в дефект, в будущем может стать прогрессивным терапевтическим методом лечения ожогов, язв и обширных повреждений мягких тканей.
Программно-аппаратный комплекс биопринтера, разработанный биоинженерами НИТУ МИСИС и компании 3D Bioprinting solutions, сканирует дефект, создает его трехмерную модель, а затем заполняет участок гидрогелевой композицией с живыми клетками.
Специальное программное обеспечение, синхронизирующее движения роборуки и подачу материала, создал инженер НОЦ Биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС Александр Левин. Траектория, генерируемая программой, не только учитывает изгибы поверхности, но может меняться в реальном времени, когда тело двигается при дыхании. Для этого в концевой эффектор интегрирована система обратной связи с лазерным датчиком. Пользовательский интерфейс с возможностью 3D-отображения траекторий написан на языке Python с использованием открытых библиотек Pyqt5 и OpenGL.
«Код есть в открытом доступе, любой желающий может улучшить его. Мы действуем, прежде всего, в интересах науки и пациентов. Структура программы построена таким образом, чтобы минимизировать человеческий фактор, поэтому с ней справится не только узкий специалист, но и оператор с базовыми навыками. Надеемся, что с должным масштабированием и налаженным серийным производством затраты на изготовление биопринтера in situ снизятся, что сделает его доступным и клинически значимым устройством», — сказал Александр Левин.
На сегодняшний день существует два основных подхода к технологии биопечати кожи: in vitro (в чашку Петри) и in situ (непосредственно в дефект). В первом случае конструкцию кожи печатают в лаборатории на ровной поверхности в стерильных условиях, а во время постобработки помещают в специализированный инкубатор для созревания тканей. В случае in situ биофабрикацию кожи можно выполнить непосредственно на теле пациента в операционной без дополнительного оборудования.
«Основные особенности по сравнению со стандартным 3D-биопринтером in vitro: технология биопечати in situ может быть полезна при лечении дефектов кожи на сложных поверхностях. Главное преимущество – биопечать можно проводить непосредственно в операционной, где не так много места и для осуществления биопечати не требуется дополнительного дорогостоящего и сложного оборудования для культивирования клеточных продуктов, поскольку организм сам выполняет эту функцию», — объяснил к. ф.-м. н. Владислав Львов, инженер 1 категории НОЦ Биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС.
Гистологический анализ, проведенный специалистами Московского научно-исследовательского онкологического института имени П.А. Герцена через 4 недели после операции на животных, показал, что применяемые оригинальные биочернила на основе коллагенового гидрогеля (предоставлен биотехнологической фирмой «ИМТЕК»), лизата тромбоцитов и дермальных фибробластов значительно улучшили процессы заживления ран.
«На данный момент ученые Университета МИСИС ведут разработку in situ биопринтера на базе отечественной роборуки. Последующая коммерциализация улучшенной версии устройства позволит увеличить эффективность реконструкции обширных дефектов мягких тканей», – рассказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.
В мире сейчас существует несколько десятков компаний, производящих коммерческие трехмерные 3D-биопринтеры in vitro и даже предпринимаются первые попытки разработать оригинальный заказной биопринтер in situ в академических условиях, но коммерчески доступных in situ биопринтеров пока нет. Насколько известно разработчикам, это первое описание коммерчески доступного 3D-биопринтера на базе роборуки, подходящего для использования в операционной in situ.
Об университете
Университет науки и технологий МИСИС – ведущий вуз страны в области создания, внедрения и применения новых технологий и материалов. Опираясь на вековые традиции признанных в России и мире научных школ, современные образовательные технологии, университет ставит перед собой задачу внести максимальный вклад в развитие экономики за счет прорывных разработок и качественной подготовки специалистов. В научно-исследовательской деятельности Университет МИСИС концентрируется на таких приоритетных направлениях, как металлургия, горное дело, материаловедение, квантовые технологии, биоматериалы и биоинженерия, альтернативная энергетика, аддитивные и информационные технологии.
В вузе действует порядка 45 научно-исследовательских лабораторий и инжиниринговых центров мирового уровня, в которых работают ведущие российские и зарубежные ученые. В состав университета входит 7 институтов и 6 филиалов – четыре в России и два за рубежом. В вузе более 23 000 обучающихся, 25% студентов – граждане 86 стран. Университет МИСИС сотрудничает более чем с 1600 крупнейшими компаниями России и мира – лидерами в своих отраслях. Официальный сайт вуза – https://misis.ru/
