Сложные искусственные органы могут быть созданы путем 3D-печати слепка вен, артерий и капилляров во льду, заливки его в органический материал и последующего таяния льда, в результате чего образуется тонкая полая сеть. Это оставляет место для сложных искусственных кровеносных сосудов, необходимых для разработки выращенных в лаборатории внутренних органов.
Исследователи десятилетиями работали над искусственными органами, чтобы удовлетворить высокий глобальный спрос на трансплантацию сердца, почек и печени. Но создание сети кровеносных сосудов, необходимой для поддержания их жизни, по-прежнему остается сложной задачей.
Существующие методы позволяют вырастить искусственную кожу или уши, но любая плоть или материал органов отмирают, если расстояние от кровеносного сосуда превышает 200 микрометров, говорит Филип Ледюк из Университета Карнеги-Меллон в Пенсильвании.
«Это примерно в два раза шире волоса; после того, как вы преодолеете это, если нет доступа к питательным веществам, клетки начнут умирать», — говорит он. Поэтому внутренние органы требуют новых процессов, если они хотят стать дешевыми и быстрыми в производстве.
Ледюк и его коллеги экспериментировали с печатью кровеносных сосудов плавящимся воском, но для этого требуются достаточно высокие температуры и могут оставаться следы. «Внезапно однажды мой студент спросил: «Почему бы нам просто не использовать воду – самый биологически совместимый материал в мире?», – говорит Ледюк. «И я такой: «О, да». Это все еще заставляет меня смеяться. Это так просто».
Они разработали метод, который использует 3D-принтеры для создания слепков внутренней части кровеносных сосудов органа во льду. В ходе испытаний их затем поместили в желатиновый материал, который затвердевает под воздействием ультрафиолета, прежде чем лед растаял.
Команда использовала платформу, охлаждаемую до -35°C, и сопло принтера, которое подавало сотни капель воды в секунду, позволяя печатать структуры размером всего 50 микрометров в поперечнике.
Ледюк говорит, что процесс концептуально прост, но его необходимо идеально настроить: капли дозируются слишком быстро, они не застывают достаточно быстро и не могут создать желаемую форму, а печатают их слишком медленно, и они просто образуют комки.
На систему также влияют погода и влажность, поэтому исследователи изучают возможность использования искусственного интеллекта, чтобы настроить принтер на различные условия.
Они также использовали версию воды, в которой весь водород заменен дейтерием, стабильным изотопом элемента. Эта так называемая тяжелая вода имеет более высокую температуру замерзания и помогает создать гладкую структуру, избегая нежелательной кристаллизации. Испытания показали, что он будет безопасен при создании искусственных органов, поскольку дейтерий не радиоактивен, в отличие от некоторых изотопов, говорит Ледюк.
