📅 Data publikacji: 08.05.2025
Д-р Ма́я Чен стояла на порозі стерильної камери чистого приміщення, де зосереджувалася команда Advanced Biofab Lab. Багаторічна мрія Мі́ї полягала в можливості друку живих тканин – шар за шаром – використовуючи клітини пацієнтів і високотехнологічні гідрогелі. Сьогодні вона готувалася запустити проект RegenaLiver, що мав на меті створити мініатюрний хрящовий диск як перший крок до друку живих органів. Навколо працювали мікрофлюїдні перфузійні системи, роботизовані маніпулятори та вежа з біофарбами, наповнений мезенхімальними стовбуровими клітинами, ендотеліальними клітинами та компонентами матриксу.
Команда місяцями готувала спеціальний біо-фарб, поєднавши альгінат, желатин та фібрин, щоб забезпечити оптимальний в’язкоплинний режим, який зберігає життєздатність клітин. У перший екструдер заправили альгінат для каркасу, у другий – желатин для адгезії клітин, у третій – фібрин для початкового згортання. Під час друку диск діаметром 5 мм формувався на обертовій платформі при 37 °C, що забезпечувало стабільне середовище. Одразу після завершення друку команда застосувала пульс кальцієвого розчину у вигляді туману, щоб зцементувати останній шар і запобігти деформації.
Через кілька хвилин диск перенесли до перфузійного біореактора, де постійний потік поживних середовищ гарантував доступ кисню й поживних речовин до кожної клітини. На 24‑годинному аналізі методом фарбування «живе–мертве» виявили понад 96 % життєздатних клітин, однак п’ятиденний моніторинг виявив зони гіпоксії в центрі конструкції. Щоб вирішити цю проблему, д-р Чен звернулася до колеги, фахівця з судинних мереж д-ра Луїса Альвареса, який порадив застосувати ко-друк каналів із Pluronic F127. Після друку ці волокна вивільнилися, залишивши порожнини для послідуючого засівання клітинами ендотелію і створення мікросудинної мережі.
Протягом тижня ендотеліальні клітини формували суцільну внутрішню обшивку в каналах, забезпечуючи рівномірний розподіл поживних розчинів. Механічні тести підтвердили, що судинізований диск витримує стискальні навантаження, порівнянні з природним хрящем. Цей успіх став потужним доказом: біодрук може створювати життєздатні, перфузійні конструкції, здатні вижити в умовах in vitro. Коли команда святкувала, Ма́я наголосила: «Ми друкуємо не просто каркас – ми створюємо живі тканини зі вбудованими судинними мережами». Так було подолано перший ключовий бар’єр на шляху до друку органів.
Натхненні успіхом із хрящем, дослідники проекту перейшли до складніших аналогів органів. За підтримки обчислювальних біологів вони створили прототип нефронного блоку – екзамплера ниркових канальців зі здатністю вибіркового фільтрування. Використавши КТ-знімки нефронів щура з роздільною здатністю до кількох мікрометрів, команда сформувала маршрути мульти-матеріального друку. Один екструдер відкладав гідрогель з клітинами ниркового епітелію, інший – жорстку поліетиленглікольову підтримку, а третій – вивільнювані волокна для майбутніх судинних каналів.
Після друку 1-см довжини канальця його перенесли в пульсаційний біореактор, який імітував кров’яний тиск і зсувні сили. Протягом двох тижнів циркуляція середовища з ростовими факторами сприяла розвитку щільних контактів і функціональних транспортерів — це було підтверджено тестами з очищення сечовини. На Міжнародному симпозіумі з техніки органів у Женеві Ма́я продемонструвала конфокальну зйомку з fluorescent tracers, які проходили через каналець, доводячи здатність фільтрації. Однак науковці висловили сумніви щодо масштабування до людських розмірів.
Щоб вирішити це, ченівці запропонували модульний підхід: друк численних нефрон-подібних блоків, які згодом з’єднуватимуться біосумісними клеями та додатковими інтегрованими каналами. Одночасно команда друкувала каркаси для вушної раковини за моделями МРТ пацієнтів. Ці каркаси, висаджені хондроцитами й вирощені у ротаційних біореакторах протягом чотирьох тижнів, показали високу біосумісність і мінімальну фіброзну реакцію у кроликів, прокладаючи шлях до клінічних випробувань I фази.
Паралельно з роботою над біофарбами з’явився композит шовку–колагену з змінною жорсткістю та покращеною адгезією клітин. З використанням цих фарб команда створювала багатошарові шкірні конструкції з кератиноцитами та фібробластами, досягнувши формування бар’єрної функції in vitro. Фінансування від міжнародного консорціуму з регенеративної медицини дозволило розширити лабораторію та залучити фахівців з регулювання, відкривши шлях до трансляційної медицини. На завершення другої частини Ма́я зазначила: «Ми перейшли від концепту до ринкової готовності — залишилося пройти регуляторні перепони, щоб донести ці тканини до пацієнтів». 🏥
Маючи міцні доклінічні дані, Ма́я отримала дозвіл на використання біодрукованого гепатичного патчу для пацієнтів із термінальною стадією печінкової недостатності. У Mercy General Hospital хірурги імплантували 5×5 см патч, надрукований із iPSC-комірок того самого пацієнта. Післяопераційний контроль за допомогою МРТ та доплер-ультразвуку показав інтеграцію патчу з природною тканиною й утворення нових мікросудин протягом трьох місяців. Показники функції печінки значно покращилися: рівень альбуміну зріс на 30 %, а кліренс аміаку нормалізувався, зменшивши епізоди енцефалопатії. Біопсії на 30-й день продемонстрували відсутність відторгнення завдяки автологічному походженню клітин.
Одночасно команда розгорнула портативні біопринтери для надання медичної допомоги в зонах стихійних лих. У Гаїті після землетрусу медики друкували шари живої шкіри на опіках пацієнтів безпосередньо на місці. П′ятиденної паліативної терапії вистачало, щоб знизити кількість ускладнень на 50 % і пришвидшити процес гоєння. Загалом понад 200 постраждалих отримали користь від цієї технології.
Щоб сприяти глобальному поширенню, Ма́я заснувала Bioprinting Open-Source Alliance, розмістивши перевірені рецепти біофарб, протоколи друку та проєктні файли під ліцензією Creative Commons. Лабораторії в Бразилії, Індії та ПАР отримали доступ до цих матеріалів і почали друкувати органоїдні моделі хвороб для досліджень. Спільні воркшопи навчали клініцистів і науковців навичкам 3D-біодруку, демократизуючи регенеративну медицину.
Огляд нових напрямів включав друк нейрональних тканин для регенерації спинного мозку. Ранні дослідження на гризунах показали проростання аксону крізь гідрогельні канали з вбудованими нейротрофічними факторами. Крім того, лабораторія співпрацювала з космічними агентствами над кістковими імплантатами для довготривалих космічних місій, використовуючи оптимізовану лінійну решітчасту структуру та живильні гідрогелі, щоб запобігти втраті кісткової маси в умовах мікрогравітації.
У завершальному ключовому слові на Міжнародному конгресі з регенеративної медицини д-р Чен заявила: «Біодрук – це не просто технологічний досяг; це зміна парадигми охорони здоров’я. Ми з’єднуємо клітини, матеріали та технології, щоб переписувати правила гри для людського організму. Клінічні прориви, які ми досягли, – лише початок ери, коли пацієнти зможуть відновлюватися за допомогою структур, надрукованих шар за шаром». Аудиторія здійнялася на ноги, визнала, що майбутнє регенеративної медицини твориться сьогодні, шар за шаром. 🌟