Технологии

Ученые напечатали на 3D-принтере трахею

admin
Всего просмотров: 126

Среднее время на прочтение: 3 минуты, 6 секунд

В здравоохранении 3D печать уже используют для создания протезов, моделей органов (для практики важных операций) и реплик раковых опухолей.

Теперь ученые и врачи из The Feinstein Institute for Medical Research научились использовать 3D принтер MakerBot для создания хрящей и восстановления поврежденных тканей трахеи.

Makerbot Industries Replicator 2 3D-printer 03

Повредить трахею, часть тела, некоторым известную как дыхательное горло, может многое, например, рак или тупая травма. Обычно это лечится двумя способами, каждый из которых по-своему ограничен. Врачи могут либо убрать поврежденный сегмент и соединить остатки трахеи, либо залечить его при помощи хрящевой ткани из других частей тела.

Ученые решили, что 3D печать может подарить миру третий способ.

Исследователи выяснили, что Maker Bot Replicator 2x Experimental 3D Printer можно использовать для создания так называемой «подложки» из полистирола, биопластика, широко используемого в хирургических имплантатах. Команда переделала принтер так, чтобы он мог наносить на эту подложку живые клетки. Напечатанная на 3D принтере смесь из здоровых клеток, взятых из хрящевой ткани, и коллагена в итоге приняла форму трахеи, готовой для имплантации пациенту.

«У нас получилось установить во внешние печатные головки шприцы с био-чернилами и клетками», — рассказывает Тодд Голдштейн, ученый из  Feinstein Institute. — «Компьютер управляет ими так, будто они выделяют пластик, но на самом деле они печатают клетками».

Клетки пережили процесс печати, после чего продолжили расти и размножаться, точно так же, как и обычный человеческий хрящ.

Для создания трахеи Голдштейн обратился к команде хирургов из нью-йоркской North Shore-LIJ Health System. О своем открытии они объявили во вторник на 51-м Ежегодном Съезде Торакальных Хирургов. Если сложить медицинский опыт всех членов этой команды — профессора Дэна Гранде и докторов Ли Смита и Дэвида Зельтсмана — получится несколько десятков лет, однако для того, чтобы напечатать трахею им потребовался целый год.

Для ее создания исследователи прибегли к тканевой инженерии. Эта наука похожа на программирование, но вместо кода она создает объекты из клеток тела, в том числе, из мышечной и хрящевой ткани.

Секцию трахеи — полый, цилиндрический предмет примерно 5 сантиметров длиной — можно напечатать менее чем за два часа. Однако весь процесс занимает гораздо больше времени. Как и в других медицинских операциях, подобных этой, врачи должны взять у пациента клетки хряща, допустим, при помощи биопсии уха, а затем вырастить на их основе достаточное количество материала для печати. В зависимости от объема взятого материала и оптимального инкубационного периода, этот процесс может идти месяцами.

Напечатанные на 3D принтере материалы уже используются больницами в хирургической практике, где служат макетами костей и других частей тела, а в прошлом году нейрохирурги успешно имплантировали первый в мире напечатанный на 3D принтере череп. Многие компании исследуют возможности 3D печати тканей тела, но трахея, созданная в Feinstein Institute — это один из первых рукотворных органов, который, в итоге, можно будет поместить в тело пациента в клинических условиях.

Daniel A. Grande, PhD, director of the Orthopedic Research Laboratory at the Feinstein Institute, and Todd Goldstein, an investigator at the Feinstein Institute, part of the North Shore-LIJ Health System, examine some of the 3D-printed parts they made on their MakerBot Replicator Desktop 3D Printer.

Однако такое произойдет не скоро.

«Мы правда хотим, чтобы такие операции осуществлялись, но, для начала, мы все протестируем». — говорит Голдштейн. — «Если все работает в лаборатории, то это не значит, что с живым человеком будет точно так же. Прежде чем приступить к операциям на людях, мы должны проверить безопасность и функциональность процесса, чтобы убедиться в том, что все в порядке»

При этом, ученые использовали MakerBot не только для создания трахеи.

«Мы также печатали на нем другие механизмы», — поделился Голдштейн. — «Нам было нужно очень специализированное оборудование, которое невозможно купить, плюс особые медицинские приборы, которые купить можно, но за очень большую цену»

Биореактор, машина, согревающая клетки во время их роста, может стоить до $150,000 — и вместо того, чтобы платить за нее, Голдштейн просто напечатал детали и сделал собственную.
«При создании прототипа 3D принтер приходится очень кстати», — говорит он.

Искусственные трахеи это только начало того, как 3D принтеры могут повлиять на здравоохранение. Голдштейн предполагает, что другие части тела, состоящие из хрящей, в том числе нос, уши и сочленения, теоретически, тоже можно печатать на 3D принтере, а затем имплантировать.
Кое-кто уже экспериментирует с созданием ушей. Недавно для одной выставки было напечатано ухо, в котором использовалась ДНК родственника Винсента Ван Гога.
Другие части тела, вроде мышц, костей и тканей, гораздо сложнее печатать.

«Полученные нами знания можно будет использовать и в других сферах, однако, главной проблемой является приток крови», — говорит Голдштейн. — «К счастью, в этом плане трахея — отличный вариант, поскольку хрящевая ткань, из которой она состоит, гораздо менее требовательна к притоку крови, по сравнению со, скажем, мускулами»

И хотя команда направляет все свои усилия на создание трахеи, Лаборатория Ортопедических Исследований в Feinstein Institute также начнет работать над созданием тканей, связанных с ортопедией, то есть частей тела, в составе которых есть кости или хрящи.

«Мы работаем над разными видами хрящей. Они ведь не только в трахее присутствуют, мы начали работать именно над ней потому что торакальные хирурги пришли к нам и сказали: „Вот тут есть проблема“»

Оригинал: Daily Dot
Перевел: Артём Слободчиков для Newочём
Редактировал: Евгений Урываев