Современная тканевая инженерия позволяет восстанавливать достаточно большие дефекты различных тканей человека — мышечной, нервной, соединительной и других. Для этого применяются имплантаты на основе комбинаций стволовых клеток из тканей пациента и специальных материалов, необходимых для обеспечения трехмерного роста клеток. Точный подбор этих элементов для конкретных пациентов позволяет достигать высокой биосовместимости имплантатов и использовать их для замещения участков поврежденных тканей.
Опорные структуры — так называемые скаффолды — засеиваются биологическими материалами, то есть клетками и биомолекулами — белками или пептидами, способствующими закреплению, размножению и функционированию клеток. Таким образом, клетки на скаффолде воспроизводят полноценную живую ткань человеческого тела и замещают ей поврежденную.
Виктор Коржиков-Влах, руководитель лаборатории биоматериалов СПбГУ, доцент кафедра медицинской химии, рассказал:
«Мы использовали суспензии наночастиц и с их помощью напечатали скаффолды на 3D-принтере. Испытания на клетках in vitro показали достаточную механическую прочность этих материалов, а также их биосовместимость»
Главное преимущество использования наночастиц в том, что они, в отличие от массивных материалов, применяемых в трансплантологии, позволяют создавать структуры, подражающие сложноорганизованным биологическим тканям. Такие материалы необходимо использовать, когда структура имплантата должна быть неоднородной, как, например, человеческая кость, имеющая жесткую внешнюю и пористую внутреннюю структуру. Другой пример — контакты костной и хрящевой ткани, требующие восстановления после травмы.
В качестве «чернил» для 3D-печати скаффолдов химики СПбГУ использовали наночастицы на основе полимолочной кислоты и нанокристаллическую целлюлозу. Частицы объединяются в трехмерные структуры за счет фотосшивания — образования ковалентных связей между частицами при облучении ультрафиолетом.
По словам авторов исследования, «чернилами» также могут служить суспензии различных наночастиц, обладающих разной жесткостью и наносимых нескольких головками 3D-принтера — это позволит создавать скаффолды, обладающие градиентными механическими свойствами. Кроме того, частицы можно модифицировать биологическими компонентами, которые будут распределяться в пространстве скаффолда при 3D-печати, таким образом создавая основу для формирования, например, кровеносных сосудов или межтканевых контактов.
Исследование опубликовано в Polymers.
