Триизмерни сърца ще бият в гърдите ни

Технологията за триизмерен печат се развива с бързи темпове. Производството на различни обекти от най-различни материали с минимална човешка намеса опростява живота не само на инженерите, но и на дизайнерите на дрехи, кулинарите, архитектите и дори лекарите.

Печатането на различни органи по метода за адитивно производство ще позволи да се минимизират проблемите, свързани с трансплантацията. Най-важният от тези проблеми – рискът за отхвърляне на органа от имунната система – се очаква да бъде ликвидиран. Биологичният материал за строителство на „напечатани” системи от организма се вземат от самия пациент, а това означава, че реакцията на имунитета няма да попречи на адаптацията на органа.

Вече са известни случаи, когато медиците са печатали на 3D принтер различни органи и части от тялото, като например уши и дори черен дроб.

Сега учените са си поставили доста по-сложна задача – да напечатат сърце. Ръководителят на новия проект Стюарт Уилямс от Института за сърдечносъдови иновации в Луисвил, щата Кентъки, твърди, че крайна цел на проекта е най-точно възпроизвеждане на истински човешки орган. Създаденото по такъв начин сърце според авторите ще бъде готово за трансплантация ориентировъчно след 10 години.

„С най-съвременни технологии можем да напечатаме отделни части от сърцето, но ние искаме да го произведем цялото. За това нашите инженери работят над ново поколение 3D принтери, способни да възпроизведат структурата на слоевете на човешката кръвна помпа”, казва Уилямс.

Материалът за създаването на органа ще бъде с биологичен произход. Изследователите планират да препрограмират мастни клетки в стволови, което ще позволи след това да се създаде сърдечна тъкан, родствена по имунна природа на останалите части на тялото на организма донор.

Уилямс и колегите му вече са предприели опити да напечатат отделни части от сърце, а след това да ги съединят в единна система. Производството на органи с елементи на 3D печат ще позволи бързо да се „напечата” всичко необходимо и да се събере органът в едно цяло само за седмица. Но крайната цел на проекта е пълно адитивно производство на кръвната помпа, което практически не изисква намеса от страна на биоинженерите.

„В един момент погледнах колегите си и им предложих да конструират сърце по същия начин, както инженерите строят големи самолети. Цялостният орган трябва виртуално да се раздели на няколко съставни части, които след това могат да се съединят”, разказва Уилямс.

Като цяло идеята е напълно осъществима, но пред учените стои един много важен въпрос – как да накарат 3D принтера да създава дребните структури, такива като кръвоносните съдове, толкова необходими за конструирането на човешкото сърце.

Уилямс и екипът му вече са се научили да печатат кръвоносни съдове, но в много голям мащаб. Всяка тръбичка имала прекалено големи размери, за да бъде интегрирана в истински орган за трансплантиране.

Проблемът е, че дори най-точните съвременни 3D принтери са способни да печатат структури с дебелина не повече от милиметър, но съдовете имат ширина само няколко микрометра – хилядни части от милиметъра.

По-скоро трудностите с мащабите на кръвоносните съдове няма да се решат с адитивно производство. Тук учените ще разчитат на нови методики за самоорганизиране на клетките, способни самостоятелно да заемат своето място в единната структура.

„Ще печатаме на принтер обекти с размери, не по-малки от няколко десетки и дори стотици микрометри. След това някои клетки самостоятелно ще се организират в по-малки конструкции”, пояснява ученият.

За изпълнението на толкова сложна задача учените нямат много време – те планират да създадат напълно функционално сърце в близките десет години. Разбира се, без специално оборудване няма как да мине – стартирането на проекта по създаването на новия 3D принтер за биологични тъкани е предвидено за декември 2013 година.