Биомедицинские исследования сталкиваются с растущими трудностями при получении образцов тканей или органов. Чтобы облегчить этот процесс, исследователи разработали 3D-биопринтер на основе LEGO. Он очень экономичен, но при этом способен печатать ткани кожи, соответствующие естественной структуре человека.
Опросы исследователей выявили множество препятствий для получения образцов тканей для биомедицинских исследований. Поставки человеческих тканей, полученных либо из донорских органов, либо в результате хирургических операций, становятся все более ограниченными. Основными трудностями являются отсутствие доноров, доступность клинических данных, связанных с полученными образцами, их географическое расположение и проблемы, связанные с различными законодательными актами. Доступность образцов определенных размеров и типов для определенных исследований также сильно ограничена.
Исследователи обычно отдают предпочтение местным источникам образцов, поскольку они обеспечивают лучшую отслеживаемость и более легкий доступ к клиническим данным, логистике, гарантиям качества образцов и законодательству. Достижения в области тканевой инженерии могут помочь преодолеть эти барьеры, позволяя производить необходимые биологические ткани на месте. Однако стоимость производственных устройств чрезвычайно высока (сотни тысяч долларов), поэтому они имеются лишь в нескольких исследовательских центрах мира.
Исследователи из Кардиффского университета (Великобритания) предлагают решить эту проблему стоимости с помощью 3D-биопринтера, построенного из конструкторов LEGO Technic, которые широко доступны и недороги. Помимо доступности, такая архитектура также обеспечит значительные преимущества с точки зрения качества и разнообразия получаемых образцов. Детали конструкции биопринтера подробно описаны в новом исследовании, опубликованном в журнале .
Возможность печати различных типов тканей
Для создания своего принтера исследователи из Кардиффа использовали конструктор LEGO Technic (стандартный пластик) Mindstorms. Такая альтернатива позволила значительно сэкономить: биопринтер был изготовлен примерно за 600 долларов. «В то время, когда финансирование научных исследований так ограничено, мы предлагаем доступную и недорогую альтернативу с открытым исходным кодом для жизненно важного оборудования, которое не по карману большинству исследователей«, — говорят разработчики. Устройство подключается к одному из типов насосов, обычно используемых в большинстве лабораторий.
Стоит отметить, что LEGO уже использовались в конструкции 3D-принтеров благодаря своей большой универсальности. Однако биопринтеры должны быть достаточно стабильными, гибкими и точными, чтобы создавать мягкие биологические ткани. Материалы, используемые в биоинженерии, обычно имеют гелеобразную текстуру, и с ними трудно работать с помощью обычных технологий 3D-печати, так как они легко разрушаются.
Для создания стабильного и однородного биологического материала биопринтер использует гелеобразные «биочернила», содержащие живые клетки. Для печати ткани сопло наносит чернила на пластину, которая движется вперед-назад и влево-вправо, используя контроллер LEGO Mindstorms для координации движений. Сопло также механически перемещается по вертикальной оси для формирования последовательных слоев клеток.
В результате получается трехмерная структура, воспроизводящая сложное расположение реальной биологической ткани, чего не могут дать клеточные культуры на чашках или чашках Петри. Последние позволяют производить только двумерные ткани. Таким образом, биопечать выгодна своей способностью воспроизводить естественную структуру ткани, а также с точки зрения производства функциональных органоидов.
Кроме того, чтобы напечатать другой тип ткани, просто замените гель в картридже с биочернилами. Эта гибкость позволяет создавать сложные разновидности тканей и производить как здоровые, так и больные ткани для исследований. «Это захватывающая возможность имитировать как здоровую, так и больную кожу, изучить существующие методы лечения и разработать новые методы лечения различных кожных заболеваний«, — считают исследователи нового исследования. Встраивая больные клетки в здоровые ткани, можно, в частности, наблюдать, как прогрессируют заболевания и как здоровые и больные клетки взаимодействуют друг с другом в контексте патологии.