Вчені змогли адаптувати звичайний 3D-принтер для друку даних МРТ-сканування людського серця. Їм вдалося створити повнорозмірний аналог з артеріями, який деформується подібно до справжнього. Метою було дати можливість хірургам практикуватися перед операціями не на віддалених пластикових або гумових моделях, а на максимально подібному до реального органі, повідомляється у статті, опублікованій у журналі ACS Biomaterials Science & Engineering.
Навіщо друкувати серця?
Дослідження серцево-судинних хвороб значно ускладнюється через обмежений вибір модельних об'єктів: частіше всього це серця тварин або клітинні культури, які за фізіологічними, анатомічними і біохімічними особливостями відрізняються від серця людини. Хірурги, які планують операції, і раніше використовували точні копії сердець своїх пацієнтів, надруковані на 3D-принтері. Але такі моделі були зазвичай гумовими або пластиковими.
Новий метод, створений американськими вченими, дає змогу друкувати альгінатні моделі серця, які мають таку ж еластичність, як і справжній орган: його можна по-різному деформувати, а реакція буде більш природньою і наближеною до реальності. Така реалістичність дає змогу хірургам практикуватися у накладанні швів, що було майже неможливим у, наприклад, жорстких гумових чи пластикових моделях. Крім того, команді вдалося надрукувати і тривимірну окрему ділянку коронарної артерії, я виявилася навіть перфузійною та здатною переносити штучну кров. Таким чином, хірурги могли практикуватися в накладенні швів на артерії, в яких кров все ще тече.
Як вчені відтворили серце на 3D-принтері?
Дослідники називають свою техніку друком вільного зворотного вкладання суспендованих гідрогелів(Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels, FRESH). Перевагою є можливість вбудовування м’яких біоматеріалів у термореверсивну опорну ванну розмірами від декількох міліметрів до сантиметрів. Це ж дослідження довело, що можна розширити діапазон використання цього методу для біодруку повнорозмірної моделі серця дорослої людини з набору даних магнітно-резонансної томографії.
Оскільки 3D-принтер працює, накладаючи шари матеріалу один на інший, дослідники пропускають тривимірне зображення серця через ”слайсер”, щоб поділити його на шари, для кожного з них визначається шлях екструдування матеріалу, з якого буде створена модель. На відміну від звичайного 3D-друку при створенні чогось із пластику, цей принтер вичавлює ерзац-серце в контейнер з підтримуючим гелем, який потім розтоплюють.
Чи можна буде так надрукувати справжнє серце?
Модель вчених друкується з альгінату - в’язкої гумоподібної речовини, що виготовляють з червоних, бурих та іноді зелених водоростей. За словами дослідників, альгінатні моделі - це лише перший крок і у майбутньому вони планують поекспериментувати й з іншими матеріалами. Наприклад, з друк серця з колагену зробить його ще більш реалістичним, тому що колаген вже є частиною людського тіла як білка, з якого складаються сполучні тканини. Цілком можливе створення повноцінно функціонуючого серця, надрукованого на 3D-принтері, який стане тренувальною платформою для кардіохірургів та нових способів лікування серцево-судинних захворювань.
Для створення повноцінного друкованого серця, необхідно або додати в структуру клітини серцевої мускулатури людини, або створити його з клітин. Зараз вже можливо створювати “клітинні” серця - біологи навчилися вирощувати маленькі людські серця зі стовбурових клітин. Однак для повнорозмірного серця таких клітин знадобиться як мінімум 100 мільйонів таких клітин.