• Eugene Borisov

3D биопечать органов человека

В ближайшие десятилетия создание органов и тканей тела человека может стать новым этапом в развитии медицины. Уже сейчас в научных центрах и больницах всего мира используются технологии 3D печати для создания имплантатов и протезирования.


Что такое биопечать и как можно на 3D принтере создать, например, сердце человека? Об этом в нашей статье.

Био 3D печать позволяет создавать с помощью технологий 3D печати биологические объекты

Традиционный 3D принтер


Традиционные 3D принтеры используют различные материалы - полимеры, металл или, например, керамику – для создания трехмерного объекта. При этом объект создается послойно, каждый слой представляет собой ничто иное, как поперечное сечение объекта в данной конкретной плоскости. Такой процесс называется «аддитивное производство».


Материал, используемый для создания объектов с помощью 3D печати, должен быть разогрет, чтобы вытекать из сопла принтера. Головка принтера перемещается в плоскости согласно запрограммированным параметрам для создания первого слоя. После отверждения первого слоя принтер начинает печатать второй слой, затем третий и так далее.

Био 3D принтер


Биопринтеры работают почти так же, как и 3D принтеры, с одним важным отличием - в качестве рабочего материала используются живые клетки. Для этого у донора берут биоматериал в небольшом количестве, культивируют его, чтобы получить количество, достаточное для биопечати. Иногда для этих целей используют стволовые клетки, способные принимать состояние любой клетки в организме.

Биообъект создается на принтере из тончайших слоев. Модель для создания внутреннего органа человека задается на основании данных МРТ. Как правило, для создания биообъекта нужен некий опорный каркас, на котором будет наращиваться объект. Такой каркас изготавливают обычно из органических материалов, способных растворяться при определенных условиях.


Какие биообъекты уже создают с помощью технологий 3D печати


1. Кости


Группа ученых из Университета Суонси разработала технологию, которая позволяет напечатать на 3D принтере протез кости из биосовместимого материала. Чтобы напечатать небольшую кость, требуется около двух часов. Поэтому врачи могут вырастить ее прямо в ходе операции. После создания такой кости ее нужно покрыть стволовыми клетками человека. После имплантирования такого протеза в организм человека, стволовые клетки начинают формировать костную ткань, заменяя протез. Длительность такого процесса в среднем занимает 3 месяца и главное, не требует извлечения протеза – он полностью растворяется за этот срок.


2. Хрящи


Еще в 2015 году исследователи из Цюриха разработали технологию 3D печати полноразмерных имплантатов человеческого носа всего за 20 минут. Успешные опыты показали, что такой 3D напечатанный носовой хрящ гораздо лучше, чем, например, силиконовый имплантат.

Компьютерная модель (слева) и созданная модель, которая будет служить основой для биопечати (справа)

3. Кожа


Сотрудники Медицинской школы Уэйк Форест создали принтер, который может печатать клетки кожи. Для получения нужного количества биоматериала используется участок кожи, размером с одну десятую от размера ожога. Из него выращиваются клетки кожи, которые затем используют для покрытия поврежденных участков.


Правда, пока эта технология находится в стадии экспериментов.


4. Кровеносные сосуды


Моника Мойя - ученый из национальной лаборатории им. Лоуренса - использует технологии 3D печати для выращивания кровеносных сосудов. С помощью биопринтера Моника создает биологические трубочки, которые выполняют роль тонких кровеносных сосудов.


Доктор Моника Мойя разработала технологию биопечати кровеносных сосудов

5. Внутренние органы


В 2013 году в Университете Уэйк Форест в США ученые смогли создать с помощью технологий 3D печати трехмерную форму мочевого пузыря из органического материала и живых донорских клеток. Полученный орган был помещен в тело пациента, где со временем, растворился, оставив только жизнеспособный орган.


Кроме того, ученые из Уэйк Форест работают над выращиванием тканей и органов для более чем 30 различных областей тела, от почек и трахеи до хрящей и легких.

А специалисты из Израильского Университета Тель-Авива смогли вырастить сердце человека.


Биопечать органов человека открывает фантастические возможности для человечества. И хотя технология еще только на начальном этапе развития, нет никаких сомнений в том, что в ближайшие десять-пятнадцать лет медицина изменится кардинальным образом благодаря 3D биопечати.


Читайте далее: 3D печать поможет лечению переломов.

Подписаться на новости SCDAILY