3D биопринтеры. Распечатка тканей и органов

2020. Ученые напечатали на 3D-принтере сердечный насос из живых клеток


В прошлом году израильские учёные смогли распечатывать на биопринтере сердечную мышцу с сосудами, а теперь американские специалисты из университета Миннесоты придумали как напечатать сердечную ткань, так чтобы она стабильно сокращалась и качала кровь. Раньше пробовали печатать из готовых сердечных клеток - кардиомиоцитов, но они отказывались работать вместе. В этот раз ученые сделали специализированные био-чернила из белков внеклеточного матрикса, объединили их со стволовыми клетками человека и при помощи 3D-принтера распечатали камерную структуру. Через месяц стволовые клетки сами дифференцировались в кардиомиоциты и начали скоординированно сокращаться. Хотя размер такой мышцы всего 1.5 см и в ней нет сосудов, но работает она достаточно слаженно и стабильно.


2019. BioDrop – первый отечественный лазерный биопринтер



Команда ученых Института фотонных технологий ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» разработала лазерный биопринтер BioDrop, который составляет сложные структуры из клеток и позволяет печатать новые ткани и даже органы. Благодаря использованию технологии LIFT (биопечать на основе индуцированного лазером переноса клеток) он умеет с высокой точностью оперировать такими объектами, как биомолекулы и клетки тканей человека или животного. Главное отличие BioDrop от разработанных ранее биопринтеров заключается в том, что он может использовать различные готовые структуры из клеток – сфероиды или клеточные пласты, а также очень точно и быстро их перемещать. Это значительно ускоряет и упрощает процесс создания новой ткани. Биопринтер позволяет конструировать сложные структуры с включением сосудов, что повышает вероятность их успешного приживления при трансплантации. Сейчас проходят успешные испытания новой технологии на животных - в частности, печатают барабанные перепонки.

2019. Волосяные луковицы научились печатать на биопринтере



При облысении современная медицина позволяет сделать трансплантацию волос. Однако, если своих волос уже осталось мало (и их уже не пересадить с одного места на другое) - нужно найти подходящего донора, организовать операцию, а значит стоимость трансплантации становится очень высокой. Исследователи из Медицинского Центра Ирвинга (США) могут значительно упростить и удешевить эту операцию. Они научились печатать волосяные луковицы (фолликулы) на биопринтере из собственных клеток пациента. Правда, пока им удалось проверить их приживаемость только на мышке, но это уже большой прогресс. Раньше на мышках удавалось вырастить только мышиные волосы, а человеческие - устроены сложнее, поэтому не приживались.


2019. Украинский стартап будет печатать человеческие кости на 3D-принтере



Украинский стартап Kwambio, который производит 3D-принтеры, совместно с фондом WeFund Ventures представил проект по печати человеческих костей и органов ADAM. Основатель стартапа Владимир Усов (на фото) говорит, что они работают над созданием цифрового 3D-атласа организма с помощью снимков КТ и МРТ. Это позволит быстро распечатывать необходимую кость или орган для пациента прямо в больнице. Также, в рамках проекта Kwambio с партнерами создал два новых биоматериала — керамическое биостекло и модифицированный биополимер. Они будут использоваться для печати разных типов костей, а также, со временем, мягких тканей, сосудов и сложных органов.


2019. Израильские учёные впервые в мире напечатали живое сердце с сосудами


Учёные из Тель-Авивского Университета под руководством профессора Таля Двир напечатали на биопринтере первое в мире живое сердце. Хотя сердца уже печатали и раньше, но жили они не долго - из-за отсутствия кровеносных сосудов. А вот команде Двира эту задачу удалось решить. Правда, пока они распечатали только маленькое сердце - кроличье. Печать органа состоит из следующих этапов. Сначала сканируют исходное сердце при помощи МРТ. Потом берутся собственные клетки жировой ткани пациента (или кролика) и перепрограммируются сначала в стволовые клетки, а потом в клетки мышц и сосудов. Из каждого типа клеток создаются биочернила. Потом на биопринтере печатается орган, слой за слоем. А на последнем этапе происходит «вызревание» печатного органа в биореакторе. Двир надеется, что технология позволит произвести сердца, пригодные к трансплантации, а также заплатки в регенерации больных сердец.


2018. Precise Bio печатает искусственную роговицу на биопринтере



Роговица - это прозрачная защитная оболочка на поверхности глаза, которая подвержена различным болезням и ранениям. В некоторых случаях, чтобы спасти глаз, нужно проводить транплантацию роговицы, а для этого нужен подходящий донор, которого найти очень сложно. Израильский стартап Precise Bio научился печатать роговицу на биопринтре. Компания уже сумела осуществить пересадку такой роговицы животному, и намерена перейти к испытаниям на людях. Более того, руководитель стартапа Арье Батт говорит, что они планируют сделать роговицу первым органом, производимым в промышленных масштабах. Т.е. роговицу будут печатать не индивидуально для каждого пациента, а брать из банка готовых роговиц, подбирая нужный размер.


2018. Ученые учатся печатать нервы на 3D-принтере


При тяжелых травмах позвоночника происходит разрыв нервной ткани, в результате чего человек остается парализован. Теоретически можно в место разрыва внедрить клетки-предшественники нейронов, чтобы они заново образовали нервные связи. Однако, пока не придумали способа удержать эти клетки в нужном месте живыми в течении достаточного количества времени. Команда ученых из Миннесотского университета (США) под руководством Энн Парр впервые смогли распечатать гелевую структуру с нейроклетками таким образом, что выжило примерно 75% клеток. Перед использованием технологии на людях ее еще нужно протестировать на животных. Не исключено, что подобная трансплантация не сможет полностью исцелить людей с серьезными повреждениями спинного мозга, но даже частичное восстановление его функций существенно улучшит качество жизни пациентов.


2017. Шведские ученые научились распечатывать биосовместимые хрящи



На сегодняшний день, чтобы восстановить поврежденный нос, ухо или хрящ сустава, пациенту имплантируют силиконовые протезы, что часто вызывает иммунные реакции и болевые ощущения. А что если создать гель из собственных хрящевых клеток пациента и распечатывать из него живые хрящи на 3D-биопринтере? Так и поступили шведские ученые из Сальгренской Академии. Распечатанные хрящи они имплантировали в мышку и через некоторое время в них проросли кровеносные сосуды, а хрящевые клетки стали размножаться и занимать больше объема распечатанной структуры.


2017. В Испании научились печатать кожу на 3D-принтере


Пересадка кожи требуется при ожогах, различных патологиях, после операций. Обычно для восстановления кожи используются аутогенные трансплантаты, когда участок кожи берут у самого реципиента. Но при большой площади ожогов трансплантация затруднительна. Недавно мы рассказывали, как выращивают клетки кожи и даже кусочки кожи в лаборатории. Но опять же, как получить участок кожи достаточно большой площади? Испанская компания BioDan Group в сотрудничестве с местными НИИ разработала технологию печати кожи на 3D-биопринтере. В четырёх картриджах принтера – плазма крови, фибробласты, хлорид кальция и кератиноциты. В результате получается матрица слоёв на основе гидрогеля, поддерживающий живые клетки. После определённого времени созревания в лаборатории эта напечатанная ткань может быть пересажена в организм человека (пока пересаживали такую кожу только мышам).


2016. В Израиле создают высокоскоростной и высокоточный 3D-биопринтер



Израильская компания Nano Dimension прославилась в мире 3D-печати благодаря новаторской технологи изготовления сложных электронных печатных плат. На днях она заключила соглашение с израильской биотехнической фирмой Accellta (которая создает технологии выращивания стволовых клеток) с целью проведения лабораторных испытаний 3D-биопринтера для изготовления стволовых клеток. Технология 3D-печати живыми клетками – обещает невероятные возможности. Однако чтобы до конца раскрыть ее потенциал, необходимо повысить скорость и разрешение печати, жизнеспособность и управляемость клеток, доступность самой технологии, а также подумать об открытии новых технологий печати биочернилами. Сочетая высокоскоростную и высокоточную технологию распыления и технологию производства стволовых клеток компании хотят поднять качество и скорость печати до немыслимых прежде пределов.


2016. В США создали технологию выращивания человеческих костей и мышц



Биоинженеры из Института регенеративной медицины в Уэйк-Форесте (США) разработали необычную технологию трехмерной печати, которая позволяет создавать полноценные копии отдельных костей, мышц и хрящей из стволовых клеток. До сих пор ученым удавалось распечатывать только очень тонкие слои живой ткани (до 200 мкм) - иначе ткань начинала гибнуть, так как питательные вещества и кислород не могут проникнуть на такую глубину без наличия кровеносных сосудов. В данном случае биоинженеры использовали особый полимер, позволявший укладывать клетки слоями и при этом сохранять небольшой просвет между ними. А после печати, ученые помещают органоид в организм мыши, где он постепенно "зарастает"  кровеносными сосудами, а полимер постепенно разлагается, уступая им место. В конечном итоге на месте заготовки возникает полноценный орган, обладающий нужной трехмерной формой и всеми необходимыми видами ткани.


2015. Видео: биопринтер распечатывает кровеносные сосуды, а капиляры растут сами


Почему медики до сих пор не могут распечатывать органы для замены (трансплантации) на 3D-биопринтере? Главная проблема в том, что они пока не научились распечатывать кровеносные сосуды. А без кровеносных сосудов орган долго не проживет. Но похоже, в этом направлении появился прогресс. Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории разработали новый метод 3D-печати кровеносных сосудов, которые через некоторое время самостоятельно обрастают сетью капилляров. При печати используются живые клетки и биочернила с питательными веществами, способствующие самостоятельному развитию клеточных структур.При этом капилляры, образовавшиеся в такой системе, вполне работоспособны и могут снабжать окружающие ткани питательными веществами.


2015. Сердце, напечатанное на 3D-принтере спасло жизнь 4-летней девочки


Нет, пока врачи пока еще не научились распечатывать на 3D-принтере полноценное сердце, которое можно имплантировать человеку вместо его собственного. Однако, распечатанные на 3D-принтере органы уже реально спасают жизни. Как в случае с этой 4-летней девочкой Мией. Она страдала редкой патологией сердца, которая приводила к большим проблемам с дыханием, и ей требовалась сложнейшая операция на открытом сердце с коррекцией аорты. И эта операция стала возможной только благодаря тому, что хирург получил в свое распоряжение точную модель сердца девочки, созданную по результатам МРТ и КТ-сканирования и распечатанную на принтере. Получив в свое распоряжение орган-прототип хирурги сердечно-сосудистого центра Никлауса в Майами получили возможность отработать технику оперативного вмешательства и отыскать оптимальный вариант.


2015. Ученые научились распечатывать нервы на биопринтере


Обычно, когда требуется восстановить нерв в поврежденной ткани, хирурги вырезают нервные волокна из другой части тела и пересаживают их. Разумеется, такая операция связана с риском нарушений уже в том месте, где нервы вырезали. Намного удобнее бы была возможность заменять поврежденную ткань идентичным экземпляром, распечатанным на 3D биопринтере. На сегодняшний день - это не чудо, а уже коммерческая технология. Однако, распечатывать ткань с кровеносными сосудами и нервами медики пока еще не научились. Первые шаги в этом направлении сделала команда из Университета Миннесоты. Они распечатывают необходимый образец ткани и в специально оставленные желобки добавляют нервные клетки и питательные вещества для роста нервной ткани.


2014. Видео: Эндопротезирование тазобедренного сустава, распечатанного на 3D-принтере


Британские хирурги впервые напечатали тазобедренный сустав для эндопротезирования на 3D-принтере и использовали стволовые клетки пациентки, чтобы зафиксировать его на месте. Имплантат для 71-летней пациентки больницы при Саутгемптонском университете был напечатан на основе 3D-файлов, изготовленных по подробным КТ-сканам. В качестве материала использовался титановый порошок, тонкие слои которого спекались под воздействием лазерного луча. А в качестве "клея", который позволит надежно зафиксировать имплантат на месте использовался материал из стволовых клеток пациентки.  Хирурги уверены, что технология трехмерной печати может кардинально изменить ход проведения сложных ортопедических операций. Однако, как и другие инновационные технологии, сейчас она далеко не всем по карману. 3D-печатный имплантат и операция обошлись пациентке в 12000 фунтов.


2014. Видео: Робот-хирург оперирует искусственную печень, распечатанную на 3D принтере


Вот такая вот комбинация высоких медицинских технологий. Правда, пока это все - тренировочные маневры. Дело в том, что на сегодняшний день медики не могут сделать полноценно-живую искусственную печень для трансплантации. Основная проблема - в распечатке системы кровеносных сосудов. Зато напечатанные в лаборатории экземпляры печени отлично подходят для тренировки операций с использованием Робота да Винчи. Ниже вы найдете еще одно интересное видео, которое показывает, с какой точностью Робот да Винчи может выполнять операции:


2014. Доктор: распечатать на биопринтере сердце - проще всего


Множество исследовательских проектов по всему миру сейчас трудятся над возможностью распечатки человеческих органов и тканей для их последующей трансплантации. Они уже научились создавать искусственные кости, сосуды и дыхательные пути. Мы также видели попытки распечатать почку, печень и даже мозг. Но оказывается, легче всего - распечатать сердце. Так утверждает доктор Стюарт Уильямс из американского университета University of Louisville. Потому что (говорит он) сердце состоит из очень малого количества разновидностей клеток и потому, что у них всего лишь одна функция - реализовать сокращение сердечной мышцы. Клетки для клонирования сердца можно взять из жировой ткани самого пациента. Ученый уверен, что первое искусственное сердце, распечатанное на 3D-биопринтере будет готово менее чем через 10 лет.


2014. Пациентке установили искусственный череп, распечатанный на 3D-принтере


У 22-летней пациентки Университетского медицинского центра Утрехта (это в Нидерландах) было редкое заболевание черепа - он рос вовнутрь и давил на мозг, что вызывало нарушение зрения и головные боли. И серьёзные повреждения мозга или смерть были бы неизбежны в ближайшем будущем, если б врачи не придумали заменить верхнюю часть черепа на искусственную, распечатанную на 3D-принтере. Имплантат изготовлен по индивидуальному заказу из прочного пластика, название которого не называется. После операции к пациентке вернулось зрение, она не проявляет никаких симптомов болезни и полностью работоспособна.


2013. Ручка-биопринтер позволяет хирургу печатать ткани прямо во время операции



Уже, наверное, никто не сомневается, что 3D-биопринтеры скоро станут неотъемлемой частью медицины и будут использовать для создания искусственных органов и тканей. Но до сих пор речь шла об использовании больших биопринтеров в лабораториях. А вот австралийские ученые из университета Вуллонгонг подумали, почему бы не сделать портативный биопринтер, с помощью которого можно формировать нужные ткани и прямо на живом человек. И вот результат - BioPen - биопринтер в форме ручки, на которую по трубочкам подаются материалы: стволовые клетки и полимер (который обеспечивает нужную структуру, а потом растворяется через некоторое время). Ультрафиолетовый излучатель на кончике ручки обеспечивает быстрое застывание био-чернил. Использовать BioPen сначала собираются для ортопедических операций по эндопротезированию суставов, в которых нужно восстанавливать поврежденные хрящи и кости.


2013. Искусственная печень Organovo функционирует в течении 40 дней


Американская компания Organovo, которая занимается производством 3D-биопринтеров, научилась распечатывать образцы человеческой печени, которые способны нормально функционировать в течении 40 дней. Почему только 40? Во-первых, это впечатляющий рекорд, с учетом того, что предыдущий рекорд (тоже принадлежащий Organovo) - был всего 5 дней. Во-вторых, пока Organovo печатает органы не для трансплантации, а для испытания лекарств, и 40 дней для этого - вполне достаточно. В третьих, прожить больше искусственная печень пока не может по одной простой причине - в ней нет кровообращения, которое бы питало клетки энергией. Честно говоря, в ней даже нет кровеносных сосудов. Organovo пока только научилась печатать ткани печени (наслаивая живые клетки друг на друга), ***


2013. Китайцы распечатали живую почку на 3D-биопринтере


Сейчас в мире миллионы пациентов ожидают трансплантацию органов. 90% из них ожидают почку. Причем, большинство не дождется. Даже те, кто готов заплатить за трансплантацию почки десятки тысяч долларов. Просто донорских почек - мало. Поэтому, будьте уверены: скоро бизнесмены заставят медиков научиться выращивать искусственные почки в лаборатории. Исследователи китайского университета Huazhong University of Science and Technology говорят, что им удалось создать искусственную почку с помощью 3D-биопринтера. Причем, эта почка может выполнять свойственные ей функции - фильтрацию токсинов и мочеобразование. Единственное, их почки получились меньше размером, наверное китайцы где-то ошиблись, программируя 3D-биопринтер. Материалом для почки послужил питательный гидрогель с настоящими живыми клетками почек, размноженными в лаборатории. Конечно, пока это опытные образцы, но ученые уверены, что коммерческая эксплуатация уже не за горами.


2013. Как изготовить искусственную руку в домашних условиях



В эфире очередной выпуск программы "Очумелые ручки" с Андреем Бахметьевым. Сегодня поговорим, собственно, о ручках. Не каждый человек может похвастаться наличием двух полноценных рук. Но есть хорошая новость. Чтобы изготовить протез руки (которым можно управлять как обычной рукой), не обязательно быть американским военным агентством DAPRA. Сегодня мы покажем, как изготовить искусственную руку у себя дома. Для этого нам понадобится обычный 3D-принтер, который можно купить например, в MakerBot, и материалы (пластиковая нить) на сумму $5. Программу для 3D-принтера можно закачать бесплатно здесь. Так, нажимаем на кнопочку... собираем детали ... и вот у нас получилась отличная искусственная рука (смотрите видео ниже). Спасибо Ивану Оуэну и Ричарду Ван Эсу, которые прислали нам это изобретение.


2013. Ребенку имплантировали дыхательную трубку, распечатанную на 3D биопринтере


Недавно мы рассказывали, как 2-х летней девочке имплантировали искусственную трахею, созданную из стволовых клеток. Сегодняшний случай - менее потрясающий в плане технологий, но зато к нему сняли очень милое видео. У 5-месячного американского мальчика развилась тяжелая болезнь трахеи и бронхов, в результате которой размягчились ткани этих дыхательных путей и ребенок не мог самостоятельно дышать (выдыхать). Врачи из Мичиганского детского госпиталя спроектировали и распечатали на 3D-биопринтере дыхательную трубку, которая надевается на бронхи и служит шиной (поддерживает их тонус). Как только ее установили - легкие мальчика начали работать. Врачи говорят, что как раз через пару лет, когда трахея и бронхи мальчика начнут менять форму - материал искусственной трубки растворится в организме и дыхательная система уже сможет работать самостоятельно.


2012. 3D биопринтеры помагают испытывать новые лекарства


Помните, как создаются лекарства 2.0? Очень долго и дорого. Особенно сложна фаза клинических испытаний. Но с недавних пор появилась технология, которая сможет значительно ускорить этот процесс - 3D биопринтеры. Вы конечно, знаете что такое 3D биопринтеры? Это та самая технология будущего, которая позволит распечатывать любые органы или ткани, чтобы пересадить их пациенту, вместо того, чтоб лечить его больные органы и ткани. Так вот, это уже научная фантастика, а коммерческая технология. Американская компания Organovo вполне успешно продает свои 3D биопринтеры (NovoGen MMX Bioprinter) и зарабатывает миллионы долларов. Нет, пока им никто не разрешил производить органы для практической трансплантации, но нашлись клиенты, готовые платить за эти биопринтеры даже без наличия сертификата от медицинских регулирующих организаций. Это фармацевтические гиганты. Они печатают на биопринтерах различные ткани и органы и тестируют на них свои новые лекарства. ***


2012. Видео: 3D биопринтер распечатывает человеческие органы


Лоуренс Бонассар, профессор отделения биотехнологий американского университета Cornell University рассказывает и показывает современные технологии 3D-печати человеческих тканей и органов. Его лаборатория специализируется на клонировании хрящей, например, ушных раковин. Процесс начинается с 3D-сканирования человека. Затем создается точная компьютерная модель. Затем создаются чернила - живые чернила из клеток и связующего геля. Затем 3D-биопринтер распечатывает хрящ слой за слоем.