Исследователи из Университета Альберты (U of A) разработали метод 3D-биопечати индивидуализированного носового хряща для онкологических больных с послеоперационной деформацией лица.
Используя биопринтер CELLINK 3D, ученые смогли точно нанести смесь клеток пациента и гидрогеля коллагена в носовую форму, прежде чем культивировать материал в функциональном хряще. Учитывая, что нормальные трансплантаты носа часто сопряжены с риском заражения легких или даже коллапса, имплантаты команды могут стать более безопасным и быстрым средством лечения опухолей лица у будущих больных раком.
«На создание хряща у человека уходит целая жизнь, а этот метод занимает около четырех недель», - сказала Адетола Адезида, профессор хирургии медицинского и стоматологического факультета Университета А. «Таким образом, вы по-прежнему ожидаете, что он должен пройти определенную степень зрелости, особенно когда он имплантирован в тело. Но функционально он способен делать то же, что и хрящ».
Ежегодно в Северной Америке у более трех миллионов человек диагностируется немеланомный рак кожи, и в среднем у 40% из них развиваются поражения носа, требующие ампутации. Хотя процедура важна, поскольку может спасти жизнь, она требует постоянного удаления носового хряща, часто оставляя пораженных пациентов с рубцами и обезображиванием лица.
Кроме того, учитывая, что клетки носа плохо васкуляризированы, они не могут регенерироваться, как клетки в других частях тела, поэтому трансплантаты обычно берут из ребер пациента, что может вызвать осложнения. «Когда хирурги реструктурируют нос, он становится прямым, но когда он адаптируется к новой среде, он проходит период реконструкции, где он деформируется», - объясняет Адезида. «Визуально это проблема».
Реберный отсек также является высокочувствительной областью анатомии человека, и хирургическое вмешательство может подвергнуть пациентов с коллапсом легкого риску заражения или даже смерти. Поэтому, чтобы сделать трансплантацию менее опасной, ученые из Альберты предлагают, чтобы клеточные трансплантаты для конкретных пациентов могли быть точно сконструированы для создания реалистичных и прочных тканей носа.
Ранее команде удалось засеять нососептальные хондроциты (hNC) человека на коллагеновые каркасы, но полученные клетки были ограничены по форме и распределению. Однако в новом исследовании исследователи обнаружили, что биопечать обеспечивает точность, необходимую для получения однородных тканей, хотя и только при использовании биочернил, адаптированных для создания жизнеспособных клеточных структур.
Учитывая, что коллаген типа I является естественно биосовместимым и получил широкое клиническое одобрение, его часто используют для создания хрящевой ткани, но его низкая вязкость ограничивает его пригодность для печати. Чтобы обойти это, ученые применили метод обратимого встраивания суспендированного гидрогеля произвольной формы или подход «FRESH», предполагающий предварительное смешивание клеток с коллагеном перед инкубацией формулы в желатиновой подложке.
Со временем опора медленно тает, оставляя комбинированную структуру, которая позже может быть дополнена растворимыми хондрогенными факторами для ускорения её роста. Инженерный подход команды in vitro оказался полезным, так как позволил им внимательно отслеживать ключевые элементы развития хряща, делая его «готовым к операции» после завершения.
Используя свою модель FRESH, ученые в конечном итоге смогли создать пористые структуры в форме носа, которые превратились в ткани, статистически индифферентные по сравнению с их родными аналогами, всего за 6 недель. СЭМ-визуализация также показала, что жизнеспособность этих структур составляла 95%, при этом исследователи отметили, что они имели «близкое структурное сходство» с обычным человеческим хрящом.
Однако, несмотря на первоначальные обещания, продемонстрированные их имплантатами, команда признала, что интеграцию после трансплантации по-прежнему трудно предсказать и требует дальнейшего изучения. В результате ученые сейчас оценивают, сохранит ли их выращенный в лаборатории хрящ свои свойства после имплантации животным, с целью проведения испытаний на людях через 2-3 года.
Только за последние двенадцать месяцев ученые применили 3D-биопечать для создания широкого спектра клеточных каркасов, каждый из которых настроен для атаки на различные элементы роста опухоли. В Университете штата Вашингтон (WSU) исследователи разработали 3D-печатный костный каркас, наполненный соей, который способен бороться с раковыми клетками.
Подход команды WSU привел к уменьшению воспаления в образцах, что сделало их более щадящим средством для помощи молодым больным раком остеосаркомы. Точно так же исследовательская группа под руководством Испании недавно разработала гидрогель, генерирующий Т-клетки, который можно напечатать на 3D-принтере в тканях, имитирующих поведение лимфатических узлов, борющихся с раком.
Тем временем ученым из городского университета Нагои удалось создать с помощью трехмерной биопечати систему доставки лекарств с использованием полимерного гидрогеля на основе рыбьего желатина. Имплантируемые пластыри могут быть загружены излечивающим от рака ПЭГилированным липосомальным доксорубицином, что потенциально делает его идеальным для наномедицины и других областей.
Выводы исследователей подробно описаны в их статье под названием «Биопечать гидрогеля коллагена, нагруженного нососептальными хондроцитами, для инженерии хрящевой ткани». Соавторы исследования: Сяойи Лан, Ян Лян, Эсра Дж. Н. Эркут, Мелани Кунце, Айлетт Мулет-Сьерра, Тяньсин Гонг, Мартин Оссвальд, Халид Ансари, Хади Сейкали, Яман Болук и Адетола Б. Адесида.