Ученые из Йельского университета (США) разработали технологию проектирования и последующей замены поврежденных сосудов тканью, напечатанной на 3D-биопринтере. Искусственно созданная аорта, имплантированная крысам, доказала свою жизнеспособность, что открывает новые перспективы в лечении сердечно-сосудистых заболеваний человека.
В современной медицине для замены или обхода поврежденного кровеносного сосуда применяются синтетические или аутологичные трансплантаты, то есть выращенные из собственных кроветворных клеток пациента. Использование синтетических полимеров, таких как расширенный микропористый политетрафторэтилен или полиэтилентерефталат, ограничено артериями и венами большого диаметра (более шести миллиметров) из-за риска образования тромбов и частого структурного разрушения. Из-за низкой проходимости крови, кроме того, могут возникнуть утечки и проникнуть инфекция. Вторые же, аутологичные трансплантаты, требуют инвазивной хирургии — неудачной, по статистике, в 30% случаев.
Для построения кондуитов (сосудов, используемых для транспортировки крови) группа биоинженеров сначала подготовила биочернила. Ученые культивировали крысиные гладкомышечные клетки и фибробласты, которые затем смешали с гидрогелем и наполнили этой смесью шприцы для 3D-биопринтера. После охлаждения их вставили в прибор, начался процесс печати. Принтер выдавливал биоматериал на вращающийся стержень из нержавеющей стали, формируя сосуд из трехмерных структур тканей.
Эксперимент ученые провели на контрольной и экспериментальной группах крыс, состоящих из 20 самцов. Второй группе имплантировали «выращенную» и напечатанную аорту, в первой лишь провели пункцию артерии, проколов стенку сосуда. Ни у одного животного не развились послеоперационные осложнения, только одна особь не пережила хирургическую процедуру из-за ишемии, или «кислородного голода».
Эксперимент показал, что с помощью нового метода можно изготавливать механически и биологически функциональные кровеносные сосуды различной длины и диаметра, причем быстрее, чем при существующих подходах. Содержащийся в гидрогеле коллаген помогает ограничить деформацию стенок сосудов. А донором клеток может стать любой человек, необязательно пациент, ожидающий трансплантата, при лечении таких патологий, как диабетическая стопа и атеросклероз.
Научная работа опубликована в журнале Scientific Reports.