Принтираха 3D сърце с биологичен материал на пациента

Изследователи от университета в Тел Авив са „отпечатали“ първото в света 3D васкуларизирано инженерно сърце, използвайки собствени клетки на пациента и негови биологични материали. Досега учените от регенеративната медицина – област, разположена на кръстопътя на биологията и технологиите – бяха успявали да отпечатват само прости тъкани без кръвоносни съдове.

„Това е първият път, когато някой някъде успешно е проектирал и отпечатал цяло сърце, пълно с клетки, кръвоносни съдове, вентрикули и камери“, казва ръководителят на изследването, проф. Тал Двир от Училището по молекулярна клетъчна биология и биотехнология на университета в Тел Авив, Катедра по материалознание и инженерни науки, Център за нанонауки и нанотехнологии и Център за регенеративна биотехнология „Сагол“.

Сърдечните заболявания са водеща причина за смъртта както сред мъжете, така и при жените в световен мащаб. Трансплантацията на сърцето в момента е единственото лечение, което е достъпно за пациенти със сърдечна недостатъчност в краен стадий. Като се има предвид тежък недостиг на сърдечни донори, необходимостта от разработване на нови подходи за регенериране на болното сърце е спешна.

„Това сърце е направено от човешки клетки и специфични за пациента биологични материали. В нашия процес тези материали служат като биоинфекти, вещества, изработени от захари и протеини, които могат да бъдат използвани за 3D печат на сложни тъканни модели“, казва проф. Двир.

„Хората са успели да отпечатат 3D структурата на сърцето в миналото, но не и с клетки или с кръвоносни съдове. Нашите резултати показват потенциала на нашия подход за инженеринг на персонализирана смяна на тъкани и органи в бъдеще“.

„На този етап, нашето 3D сърце е малко, с размерите на сърцето на заек“, обяснява проф. Двир. „Но и при по-голямото човешко сърце се изисква и може да се използва същата технология.“

За изследването е взета биопсия на мастна тъкан от пациенти. Клетъчните и а-клетъчните материали на тъканта след това се разделят. Докато клетките се препрограмират за да станат плурипотентни стволови клетки, извънклетъчната матрица (ЕСМ), триизмерна мрежа от извънклетъчни макромолекули, като колаген и гликопротеини, се преработват в персонализиран хидрогел, който служи като печатащо „мастило“ за 3D принтера.

След като са смесени с хидрогела, клетките са ефикасно диференцирани до сърдечни или ендотелни клетки, за да създадат специфични за пациента, имунно-съвместими сърдечни пластири с кръвоносни съдове и впоследствие цялото сърце.

Според проф. Двир, използването на собствени специфични за пациента материали е от решаващо значение за успешното инженерство на тъканите и органите.

„Биосъвместимостта на инженерните материали е от решаващо значение за премахване на риска от отхвърляне на импланта, което застрашава успеха на такива лечения“, казва проф. Двир.

„В идеалния случай, биоматериалът трябва да притежава същите биохимични, механични и топографски свойства, като собствените тъкани на пациента. Тук можем да докладваме прост подход към 3D-отпечатани васкуларизирани и перфузирани сърдечни тъкани, които напълно съответстват на имунологичните, клетъчните, биохимичните и анатомични свойства на пациента“.

Сега изследователите планират да култивират отпечатаните сърца в лабораторията и „да ги научат да се държат“ като сърца, казва проф. Двир. След това планират да трансплантират създаденото с 3D принтер сърце в животински модели.

„Клетките трябва да формират способност за изпомпване; в момента те могат да се свият, но ние се нуждаем от тях да работят заедно. Нашата надежда е, че ще успеем и ще докажем ефикасността и полезността на нашия метод. Може би след десет години ще има органни принтери в най-добрите болници по света и тези процедури ще се провеждат рутинно“.

Публикувано в Sciencedaily.com