Технология биопечати in situ, которая предполагает 3D-печать биосовместимых структур и тканей непосредственно в организме, в последние несколько лет демонстрирует устойчивый прогресс. В недавнем исследовании группа ученых разработала портативный биопринтер, который устраняет ключевые ограничения предыдущих разработок: с помощью него можно печатать несколькими материалами и контролировать физико-химические свойства напечатанных тканей.

Появление регенеративной медицины привело к существенному улучшению жизни пациентов во всем мире за счет замены, восстановления или регенерации поврежденных тканей и органов. Это многообещающее решение проблем нехватки доноров и рисков, связанных с трансплантацией. Одним из основных достижений в этой области является биопринтинг на месте (или "in situ") – продолжение технологии 3D-печати, которая используется для прямого синтеза тканей и органов в человеческом организме. Биопечать демонстрирует большой потенциал для облегчения восстановления и регенерации дефектных тканей и органов.

Несмотря на значительный прогресс в этой области, используемые в настоящее время технологии биопринтинга in situ не лишены ограничений. Например, некоторые устройства совместимы только с определенными типами биочернил, а другие могут создавать только небольшие участки ткани за один раз. Кроме того, их конструкция обычно сложна, что делает их недоступными по цене и ограничивает применение.

В новом исследовании группа ученых, включающая Эрика Пагана и доцента Мохсена Акбари из Университета Виктории в Канаде, разработала портативный биопринтер in situ с удобной модульной конструкцией, который позволяет печатать сложные биосовместимые структуры. "Двадцать лет назад у моей матери был диагностирован рак молочной железы, что в конечном итоге привело к удалению груди. Это значительно повлияло на ее самочувствие. Такая технология как портативная биопечать может не только помочь в разработке персонализированных имплантатов для реконструкции груди, которые соответствуют форме и размеру тканей пациента, но и использоваться для создания моделей опухолей для изучения биологии рака молочной железы. Такое применение может значительно улучшить результаты лечения", – говорит Акбари, рассказывая о мотивах, побудивших его провести исследование.

Ключевой особенностью портативного устройства является наличие нескольких картриджей с биочернилами, каждый из которых независимо управляется пневматической системой. Благодаря этому оператор устройства имеет широкий контроль над печатной смесью, что облегчает создание структур с требуемыми свойствами. Кроме того, устройство оснащено модулем охлаждения и модулем фотоотверждения на светоизлучающих диодах, которые обеспечивают дополнительный контроль.

Биопринтер in situ можно применять по-разному. Профессор Акбари поясняет: "Он подходит для восстановления крупных дефектов, вызванных травмами, хирургическими операциями или раком, что требует создания крупномасштабных тканевых конструкций. В долгосрочной перспективе эта технология может устранить необходимость в донорах органов, а также снизить риски, связанные с трансплантацией, что позволит пациентам жить дольше и здоровее".

Другая потенциальная возможность применения этого устройства – производство систем доставки лекарств. Оператор может создавать структуры, которые высвобождают точное количество лекарств, а также клетки в определенных местах организма. Это позволит сделать лекарства более эффективными, минимизировать побочные эффекты, связанные с ними, и повысить их безопасность. Технология может также ускорить открытие новых лекарств, позволив разрабатывать более точные модели тестирования.

По словам ученых, технология может помочь также в создании индивидуальных протезов и ортопедических имплантатов. С помощью биопринтера врачи смогут более точно и удобно подбирать анатомию тканей пациента, повышая тем самым функциональность и эстетику биопечатной конструкции.

Исследование было опубликовано в журнале Biofabrication.