Стремясь сделать производство биоматериалов более доступным, исследователи из Калифорнийского университета в Беркли сочетают 2D-биопечать, роботизированную руку для 3D-сборки и мгновенную заморозку в методе, который может однажды позволить печатать живые ткани и даже целые органы. Распечатывая органы в виде тонких листов ткани, а затем замораживая их и последовательно укладывая друг на друга, новая технология улучшает выживаемость биоячеек как при печати, так и при дальнейшем хранении.
Новая система использует 2D-печать, роботизированную руку и систему замораживания для производства биоматериалов, способных к транспортировке и длительному хранению (Фото: Гидеон Укпай / Калифорнийский университет в Беркли)
Биоматериалы обладают огромным потенциалом для медицины будущего. 3D-печать при помощи собственных стволовых клеток пациента поможет создавать органы для трансплантации, которые будут полностью совместимы и не вызовут отторжения.
Проблема в том, что текущие методы биопечати медлительны и не очень хорошо масштабируются, потому что клеткам трудно пережить процесс печати без очень жёсткого контроля температуры и химической среды. Также дополнительную сложность накладывают дальнейшее хранение и транспортировка напечатанных тканей.
Чтобы преодолеть эти проблемы, команда Беркли решила распараллелить процесс печати и разделить его на последовательные этапы. То есть вместо печати всего органа за один раз, ткани одновременно печатаются в двухмерных слоях, которые затем укладываются роботизированной рукой для создания окончательной трехмерной структуры.
Данный подход уже ускоряет процесс, но чтобы уменьшить гибель клеток, слои немедленно погружают в криогенную ванну, чтобы заморозить их. По словам команды, это значительно оптимизирует условия для выживания напечатанных материалов при хранении и транспортировке.
«В настоящее время биопечать используется в основном для создания небольшого объёма ткани», — говорит Борис Рубинский, профессор машиностроения. «Проблема с 3D-биопечатью заключается в том, что это очень медленный процесс, поэтому вы не сможете напечатать что-либо большое, потому что биологические материалы погибнут к тому времени, когда вы закончите. Одним из наших нововведений является то, что мы замораживаем ткани по мере их печати, так что биологический материал сохраняется ».
Команда признаётся, что такой многослойный подход к 3D-печати не нов, но при этом его применение к биоматериалам является инновацией. Это позволяет печатать слои в одном месте, а затем транспортировать в другое для сборки.
Помимо создания тканей и органов, у этой техники есть и другие применения, например, в производстве замороженных продуктов питания в промышленных масштабах.
Исследование было опубликовано в Journal of Medical Devices.
