Хирург Джей Ваканти (Jay Vacanti) из Главной больницы Массачусетса в Бостоне совместно с микроинженером Джеффри Боренштейном (Jeffrey Borenstein) занимается разработкой методики выращивания искусственной печени. В 1997 году ему впервые удалось вырастить на спине у мыши человеческое ухо, используя клетки хряща.
Разработка техники, позволяющей культивировать печень является крайне актуальной. В одной только Великобритании в очереди на трансплантацию находятся 100 человек, и, по данным Британского общества печени (British Liver Trust), большинство пациентов умирает, не дождавшись пересадки.
Так, в 2016 году группа ученых из крупных японских национальных университетов – Токийского и Киотского, сумели вырастить человеческое ухо на спине у крысы.
Авторы эксперимента заявили, что уже через пять лет их технология может позволить поставить на поток выращивание человеческих органов слуха. Об этом рассказывается в зарубежных научных изданиях.
Для выращивания полноценного человеческого уха ученые вживили крысе в спину специальные трубки, которые повторяют форму органа слуха. В этих трубках содержались стволовые клетки человека, которые за два месяца сформировали ухо. Японские специалисты заявили, что их эксперимент удался. Ученые заявили, что их технология может стать полезной в пластической хирургии. Исследователи пояснили, что человеческие уши, выращенные из стволовых клеток, будут использоваться для пересадки людям, имеющим врожденные дефекты лица.
В 2020 году китайские исследователи из Университета Сычуаня провели первую в мире нейнвазивную 3D- печать искусственного органа — то есть воссоздали трехмерную структуру человеческого уха прямо под кожей модельного животного, без необходимости проводить операцию по имплантации.
Практического применения у этого конкретного «мини-уха», конечно, не было. Главное: ученым удалось доказать, что это в принципе возможно. Технология потребовала применения последних разработок нанохимии и показало современное состояние регенеративной медицины и трехмерной печати.
«Печать сквозь кожу» стала возможной благодаря инфракрасным лазерам, микроскопическим зеркалам и особым наночастицам, светящимся ультрафиолетом.
Вкратце, метод работает следующим образом: животному проводят инъекцию под кожу материала для трехмерной печати, состоящего из модифицированного желатина в жидком, неполимеризованном виде, а также специально выращенных хрящевых клеток и наночастиц, выступающих в роли инициатора реакции. Затем на то место, где требуется создать новый орган, слой за слоем проецируется его изображение. Здесь использовался инфракрасный лазер и DLP-проектор на основе микроскопических зеркал — точно такие же используются в обычных бытовых видеопроекторах.
Инфракрасный свет, попадая под кожу животного, возбуждал наночастицы, которые затем сами становились источником излучения — только уже ультрафиолетового. А ультрафиолет, поглощаясь мономерами модифицированного желатина, инициировал затвердение материала именно в той точке, куда попадал свет от проектора — там запускался процесс сборки отдельных молекул в настоящий искусственный хрящ.
Таким образом, после одной инъекции и небольшого лазерного облучения под кожей животных без каких-либо надрезов формировалась трехмерная структура из межклеточного вещества, заполненная характерными для хрящевой ткани клетками — хондроцитами.
Последующие наблюдения показали, что искусственное ухо под кожей мышей «чувствовало» себя хорошо и вообще мало чем отличалось от обычного природного хряща. Кроме того, ученые провели дополнительный эксперимент, в котором вместо клеток хряща использовали мышечные клетки, полученные из стволовых и схожим образом восстановили небольшой фрагмент мышцы.
Мышей с «ушами на спине» научились создавать еще в 90-е, но сейчас тот же результат получен на совершенно ином уровне
Среди всех методов создания искусственных органов (и так очень молодых и экспериментальных) новая технология является, безусловно, одной из самых экзотичных и незрелых. Даже создание искусственного уха с помощью такой неинвазивной печати — это скорее «классический тест», принятый в регенеративной медицине, чем уникально подходящее применение именно для такой технологии.
Группа исследователей из Центра регенеративной медицины в Уэйк Форест под руководством Энтони Атала с помощью принтера, напоминающего обычный струйный, напечатала не только ухо, но и фрагмент челюсти, черепа и даже небольшой кусочек мышечной ткани. Само по себе полученное ухо не сильно отличалось от «уха Ваканти» — основой в нем также выступал природный биополимер, в который были включены островки хрящевых клеток. Однако на этот раз метод печати был куда более универсальным относительно разных органов и индивируальным для конкретного пациента. Главное же достижение ученых заключалось в адаптации старой технологии струйной печати к совершенно новой и крайне чувствительной «краске» — живым клеткам.
Как и предыдущие эксперименты, новая технология «печати под кожей» очень похожа своим конечным результатом, но интересна не им, а прежде всего своим подходом. Найдет ли неинвазивная печать свое применение в регенеративное медицине станет понятно только после более обстоятельных и практически-ориентированных экспериментах, в том числе на людях. Однако уже сейчас можно сказать, что наиболее понятным и близким применением для этой технологии может стать эстетическая хирургия, где чем меньше разрезов, тем лучше.
