Сегодня тканевая инженерия позволяет выращивать человеческие ткани, хотя до сих пор крупные сложные органы выращивать невозможно. Исследователи из Института Фраунгофера начали работу над проектом, который позволит решить эту проблему и выращивать целые органы, пригодные для пересадки человеку. Новый проект BioRap предполагает создание новых технологий и материалов, с помощью которых можно выращивать полноценные искусственные кровеносные сосуды, ткани и сложные органы.
Основная проблема при создании полноценного органа – это снабжение его питательными веществами. До сих пор выращивание полноценной капиллярной системы невозможно. Пять институтов Фраунгофера в 2009 году объединили усилия для разработки биосовместимых искусственных кровеносных сосудов.
Казалось, что невозможно построить капиллярные структуры: они очень малы, чрезвычайно разветвлены и сложны. Однако на помощь пришли промышленные технологии быстрого прототипирования, которые позволяют создавать 3D-модели любой сложности. Теперь ученые Фраунгофера работают над адаптацией этой технологии для моделирования крошечных биоструктур и изготовления сложных органических тканей с помощью комбинации двух различных методов: 3D-печати и многофотонной полимеризации.
Струйный 3D-принтер может быстро собирать различные объемные объекты. Уже удалось добиться определенных успехов по 3D-печати различных органических тканей. Однако 3D-печать пока недостаточно точна для микроструктур капиллярных сосудов. Поэтому немецкие исследователи совместили эту технологию с двухфотонной полимеризацией. Последняя представляет собой интенсивное воздействие лазерных импульсов на молекулы, из-за чего происходит их "сшивание" с очень высокой точностью. В результате материал становится эластичным и прочным, в соответствии с характеристиками молекулярного "сырья". Таким образом можно создавать высокоточные упругие конструкции, полностью соответствующие трехмерной модели. Отдельные процессы этой технологии уже работают, и в настоящее время строится прототип комбинированной системы высокоточной системы 3D-печати с двухфотонной полимеризацией.
Для создания каппиляров и более крупных сосудов также разрабатываются новые материалы, обеспечивающие бесперебойный ток крови. Прежде всего, искусственные кровеносные сосуды должны быть гибкими и упругими, а также без проблем взаимодействовать с естественной тканью. Для этого ученые научились закреплять живые клетки на поверхности полимера с помощью биомолекул, таких как гепарин и якорь-пептиды. В настоящее время разрабатываются специальные "чернила" для 3D-принтера, которые сразу будут содержать смесь синтетических полимеров и биомолекул. Вторым шагом будет покрытие внутренних стенок искусственных сосудов эндотелиальными клетками, которые обеспечат беспрепятственный ток крови точно так же, как и в естественных сосудах человека.
Пока органы, созданные на основе биополимеров, непригодны для трансплантации, но уже могут служить образцами для медицинских опытов. В случае успешной реализации технологии комбинированной печати, в будущем появится возможность создания полноценных человеческих органов.