Сетчатку глаза напечатали на принтере
Ганглионарные и глиальные клетки, составляющие один из слоёв сетчатки, удалось провести через биопринтер так, что они остались в живых.
Хотя технология трёхмерной печати возникла вовсе не вчера, интерес к ней не ослабевает, и многие новости со словом «3D-принтер» до сих пор воспринимаются как чудо. Но что тут удивительного? Технология ещё не раскрыла свой потенциал, и 3D-принтерные публикации, хоть и сыплются как горох из мешка, отличаются большим разнообразием: так, недавно удалось напечатать литиевый микроаккумулятор и даже гибридный автомобиль, а в прошлом году с помощью этой же технологии была получена скульптура древнего моллюска - просто биологам понадобилось поподробнее разглядеть его облик...
При этом, с одной стороны, трёхмерная печать продолжает развиваться и модифицироваться (например, система Microfactory на основе 3D-принтера может не только создавать объекты сразу из нескольких материалов, но и обрабатывать их), а с другой - метод уже «пошёл в народ»: многие, наверное, слышали о «печати» огнестрельного оружия в домашних условиях. Прецедент был создан в США в прошлом году и настолько напугал власти, что в Филадельфии даже появился закон, запрещающий изготовление оружия таким способом.
Но сейчас нас интересует не всё безграничное поле возможностей трёхмерной печати, а лишь та её область, которая имеет отношение к биологии и медицине. Биологи быстро увидели в 3D-принтере устройство, которое в будущем сможет быстро и просто собирать из клеток целые органы. Эксперименты не заставили себя ждать: пару лет назад с помощью трёхмерной печати удалось создать ухо и модель почки (почка была в виде оболочки, то есть без внутренней ткани и сосудистой системы). Биопринтер оперирует не только клетками, в то же время он создаёт соединительнотканную коллагеновую поддержку, благодаря чему и удаётся сформировать устойчивую трёхмерную клеточную структуру.
Перспективы биопечати весьма широки: учёные обсуждают уже не только создание образцов человеческой ткани для медико-биологических испытаний, но и пересадку таких «напечатанных» тканей, и даже печать in situ, то есть прямо в организме. Последнее, конечно, выглядит сверхэффектно: любую рану можно будет залечить, поместив себя под печатающее устройство либо сунув в него руку или ногу. Однако не стоит думать, что у биопечати нет никаких трудностей. Ведь конечная цель заключается в создании не просто абсолютно точной скульптуры почки или другого органа, а органа работающего. И тут биологам снова пришлось прибегнуть к стволовым клеткам.
Из стволовых клеток уже давно пытаются получить что-то большее, чем плёнку дифференцированных клеток, но все попытки наталкиваются на трудности с трёхмерной структурой: нужно как-то заставить стволовые клетки сложиться в объёмный орган, но как это сделать в лабораторной культуре (хотя определённый прогресс тут есть)?.. Понятно, почему специалисты по стволовым клеткам и регенеративной медицине ухватились за биопринтеры: с их помощью можно создать работающий орган, нужно лишь убедиться, что стволовые клетки могут перенести такую процедуру.
В этом году учёным удалось провести через биопринтер эмбриональные стволовые клетки человека: 89% клеток оставались в живых спустя трое суток после процедуры, не утратив при этом своей плюрипотентности, то есть способности превращаться в клетки любого другого типа.
С одной стороны, использование стволовых клеток упрощает задачу: органы обычно состоят из нескольких типов клеток, и, вместо того чтобы жонглировать несколькими типами, нам достаточно «слепить» орган из однотипных стволовых клеток, а потом дать им соответствующие указания - где, кому и во что превратиться. Однако это упрощение оборачивается проблемой: получившийся «орган» нужно ещё как-то доводить до ума, нужно направить развитие клеток и следить, чтобы оно шло как надо. А где гарантия, что, оказавшись в уже сформированной 3D-структуре, стволовые клетки не закапризничают и не начнут выходить из-под контроля?
Поэтому многие исследователи продолжили работать над созданием «печатных» биоструктур из взрослых, дифференцированных клеток. И вот крупный успех: Барбаре Лорбер (Barbara Lorber) и её коллегам из Кембриджа (Великобритания) удалось с помощью пьезоэлектрического биопринтера создать фрагмент сетчатки - из вполне зрелых клеток.
Следует сразу же сказать, что исследователи манипулировали лишь двумя типами клеток, тогда как в настоящей сетчатке их намного больше. То есть в ходе эксперимента удалось воссоздать вовсе не все её десять слоёв, поэтому наш заголовок (мол, удалось напечатать сетчатку) - в некотором смысле преувеличение. Учёные работали с крысиными ганглионарными клетками сетчатки, которые принимают зрительный сигнал от других клеток и передают его в мозг, а также с глиальными клетками, чья роль - обеспечивать поддержку и защиту ганглионарных нейронов.
Скорость печати составляла 100 клеток в секунду, и, несмотря на сдвигающие силы, воздействовавшие на клетки, последние остались вполне жизнеспособны. В журнале Biofabrication авторы сообщают, что клетки, перенёсшие печать, чувствовали себя так же, как те, что через принтер не проходили. Что важно, ганглионарные клетки могли даже формировать отростки для соединений с соседями. Правда, исследователи тут же отмечают, что на выходе из принтера клеток оказалось меньше ожидаемого - вероятно, из-за того что некоторые оставались в печатающей головке.
Практическое значение результатов пояснять не надо. Напечатанная сетчатка могла бы стать настоящим спасением для людей, которые потеряли зрение из-за дистрофии сетчатки и прочих заболеваний, с ней связанных. Однако о таком применении говорить пока рано: в первую очередь предстоит проверить, насколько функциональны клетки, прошедшие через принтер, способны ли они проводить сигнал, можно ли к ним таким же образом добавить другие типы клеток - например, фоторецепторы. Учитывая, насколько сложна сетчатка, остаётся надеяться на биопринтер: с помощью этого устройства можно выложить сколь угодно сложный клеточный узор, лишь бы сами клетки оставались при этом в живых.
Может, конечно, сложиться впечатление, что тут и говорить-то пока не о чем, но мы ещё раз напомним главное: учёным впервые удалось смешать с помощью биопринтера целых два типа зрелых, дифференцированных клеток, сделав это так, что клетки остались после всего этого живыми.
Подготовлено по материалам LiveScience.
Хотя технология трёхмерной печати возникла вовсе не вчера, интерес к ней не ослабевает, и многие новости со словом «3D-принтер» до сих пор воспринимаются как чудо. Но что тут удивительного? Технология ещё не раскрыла свой потенциал, и 3D-принтерные публикации, хоть и сыплются как горох из мешка, отличаются большим разнообразием: так, недавно удалось напечатать литиевый микроаккумулятор и даже гибридный автомобиль, а в прошлом году с помощью этой же технологии была получена скульптура древнего моллюска - просто биологам понадобилось поподробнее разглядеть его облик...
При этом, с одной стороны, трёхмерная печать продолжает развиваться и модифицироваться (например, система Microfactory на основе 3D-принтера может не только создавать объекты сразу из нескольких материалов, но и обрабатывать их), а с другой - метод уже «пошёл в народ»: многие, наверное, слышали о «печати» огнестрельного оружия в домашних условиях. Прецедент был создан в США в прошлом году и настолько напугал власти, что в Филадельфии даже появился закон, запрещающий изготовление оружия таким способом.
Но сейчас нас интересует не всё безграничное поле возможностей трёхмерной печати, а лишь та её область, которая имеет отношение к биологии и медицине. Биологи быстро увидели в 3D-принтере устройство, которое в будущем сможет быстро и просто собирать из клеток целые органы. Эксперименты не заставили себя ждать: пару лет назад с помощью трёхмерной печати удалось создать ухо и модель почки (почка была в виде оболочки, то есть без внутренней ткани и сосудистой системы). Биопринтер оперирует не только клетками, в то же время он создаёт соединительнотканную коллагеновую поддержку, благодаря чему и удаётся сформировать устойчивую трёхмерную клеточную структуру.
Перспективы биопечати весьма широки: учёные обсуждают уже не только создание образцов человеческой ткани для медико-биологических испытаний, но и пересадку таких «напечатанных» тканей, и даже печать in situ, то есть прямо в организме. Последнее, конечно, выглядит сверхэффектно: любую рану можно будет залечить, поместив себя под печатающее устройство либо сунув в него руку или ногу. Однако не стоит думать, что у биопечати нет никаких трудностей. Ведь конечная цель заключается в создании не просто абсолютно точной скульптуры почки или другого органа, а органа работающего. И тут биологам снова пришлось прибегнуть к стволовым клеткам.
Из стволовых клеток уже давно пытаются получить что-то большее, чем плёнку дифференцированных клеток, но все попытки наталкиваются на трудности с трёхмерной структурой: нужно как-то заставить стволовые клетки сложиться в объёмный орган, но как это сделать в лабораторной культуре (хотя определённый прогресс тут есть)?.. Понятно, почему специалисты по стволовым клеткам и регенеративной медицине ухватились за биопринтеры: с их помощью можно создать работающий орган, нужно лишь убедиться, что стволовые клетки могут перенести такую процедуру.
В этом году учёным удалось провести через биопринтер эмбриональные стволовые клетки человека: 89% клеток оставались в живых спустя трое суток после процедуры, не утратив при этом своей плюрипотентности, то есть способности превращаться в клетки любого другого типа.
С одной стороны, использование стволовых клеток упрощает задачу: органы обычно состоят из нескольких типов клеток, и, вместо того чтобы жонглировать несколькими типами, нам достаточно «слепить» орган из однотипных стволовых клеток, а потом дать им соответствующие указания - где, кому и во что превратиться. Однако это упрощение оборачивается проблемой: получившийся «орган» нужно ещё как-то доводить до ума, нужно направить развитие клеток и следить, чтобы оно шло как надо. А где гарантия, что, оказавшись в уже сформированной 3D-структуре, стволовые клетки не закапризничают и не начнут выходить из-под контроля?
Поэтому многие исследователи продолжили работать над созданием «печатных» биоструктур из взрослых, дифференцированных клеток. И вот крупный успех: Барбаре Лорбер (Barbara Lorber) и её коллегам из Кембриджа (Великобритания) удалось с помощью пьезоэлектрического биопринтера создать фрагмент сетчатки - из вполне зрелых клеток.
Следует сразу же сказать, что исследователи манипулировали лишь двумя типами клеток, тогда как в настоящей сетчатке их намного больше. То есть в ходе эксперимента удалось воссоздать вовсе не все её десять слоёв, поэтому наш заголовок (мол, удалось напечатать сетчатку) - в некотором смысле преувеличение. Учёные работали с крысиными ганглионарными клетками сетчатки, которые принимают зрительный сигнал от других клеток и передают его в мозг, а также с глиальными клетками, чья роль - обеспечивать поддержку и защиту ганглионарных нейронов.
Скорость печати составляла 100 клеток в секунду, и, несмотря на сдвигающие силы, воздействовавшие на клетки, последние остались вполне жизнеспособны. В журнале Biofabrication авторы сообщают, что клетки, перенёсшие печать, чувствовали себя так же, как те, что через принтер не проходили. Что важно, ганглионарные клетки могли даже формировать отростки для соединений с соседями. Правда, исследователи тут же отмечают, что на выходе из принтера клеток оказалось меньше ожидаемого - вероятно, из-за того что некоторые оставались в печатающей головке.
Практическое значение результатов пояснять не надо. Напечатанная сетчатка могла бы стать настоящим спасением для людей, которые потеряли зрение из-за дистрофии сетчатки и прочих заболеваний, с ней связанных. Однако о таком применении говорить пока рано: в первую очередь предстоит проверить, насколько функциональны клетки, прошедшие через принтер, способны ли они проводить сигнал, можно ли к ним таким же образом добавить другие типы клеток - например, фоторецепторы. Учитывая, насколько сложна сетчатка, остаётся надеяться на биопринтер: с помощью этого устройства можно выложить сколь угодно сложный клеточный узор, лишь бы сами клетки оставались при этом в живых.
Может, конечно, сложиться впечатление, что тут и говорить-то пока не о чем, но мы ещё раз напомним главное: учёным впервые удалось смешать с помощью биопринтера целых два типа зрелых, дифференцированных клеток, сделав это так, что клетки остались после всего этого живыми.
Подготовлено по материалам LiveScience.