😢 Проблема: кости довольно прочные, но могут ломаться при травме или терять массу из-за болезни. Серьёзные костные дефекты чаще всего устраняют при помощи костной пластики. Для этого отбирают стволовые клетки из тканей пациента, размножают их и смешивают со специальными материалами для трёхмерного роста новых клеток. Из полученного клеточного субстрата формируют каркас для роста новых клеток на нём — скаффолд. После этого скаффолд засеивают клетками, которые культивируют в биореакторе, и помещают на место дефекта. Пока клетки восстанавливают утерянную костную ткань, скаффолд поддерживает их, как строительные леса.
Идеальный каркас-скаффолд для восстановления кости должен иметь трёхмерную пористую структуру с прочно взаимосвязанной сетью пор, быть биосовместимым и растворяемым в организме. Скаффолды печатают на 3D-принтере, но технология по-прежнему несовершенна. Например, при печати нельзя управлять распределением биоактивных молекул и формировать неоднородные структуры. Современная технология 3D-печати не позволяет объединять частицы с разными свойствами, которые бы имитировали контакты тканей.
😎 Решение: печатать скаффолды путём фотосшиваний наночастиц.
🤔 Как работает: для печати берут наночастицы на основе биоразлагаемой полимолочной кислоты и нанокристаллической целлюлозы. На состав воздействуют ультрафиолетом, в результате чего частицы образуют связи между собой и объединяются в неоднородные трёхмерные структуры. Например, кость должна быть жёсткой снаружи и пористой внутри.
В качестве чернил для печати скаффолда по новому методу можно использовать суспензии различных наночастиц с разной жёсткостью. За счёт одновременной печати из нескольких головок 3D-принтера можно создавать скаффолды с механическими свойствами, которые различаются в разных участках структуры. Таким образом можно создавать скаффолды для формирования, например, кровеносных сосудов и межтканевых контактов.
🤨 И что? Таким способом можно создавать структуры, которые будут имитировать свойства сложноорганизованных биологических тканей. Скоро нас перестанут удивлять сцены из фантастических фильмов, где людей помещают в капсулу для регенерации и воссоздают повреждённые ткани в реальном времени.
🧑💻 Кто: исследователи Санкт-Петербургского государственного университета, Института высокомолекулярных соединений РАН, Россия, Ганноверского университета имени Готфрида Вильгельма Лейбница, Германия.
