Текст уведомления здесь

Невесомость помогла создать новый метод 3D-печати

Подвешивание печатаемой «живой» ткани в магнитном поле позволит отказаться как от каркасов, так и от магнитных меток-наночастиц.
Добавить в закладки
Комментарии

Ученые из компании 3D BioprintingSolutions совместно с российскими и зарубежными коллегами разработали новый метод биопечати — без каркасов и магнитных меток. Разработка стала возможной благодаря исследованиям Объединенного института высоких температур РАН (ОИВТ РАН) магнитной левитации в условиях невесомости. В перспективе разработка поможет создавать чувствительные к радиации биологические конструкции и восстанавливать поврежденные ткани и органы человека. Соответствующая статья опубликована в Biofabrication. В основу технологии легли результаты экспериментальных исследований, поддержанные грантом Российского научного фонда (РНФ).

Большинство методов трехмерной биопечати использует каркас, на который слой за слоем наносятся клетки биологической ткани. Полученный «скелет» объемного материала затем отправляется в инкубатор, где продолжается его выращивание. Если же попытаться обойтись без каркаса, то необходимо использовать магнитные метки-наночастицы. Они нужны, чтобы помечать клеточный материал и направлять его в нужное место с помощью магнитных полей.

Авторы новой работы решили отказаться от обоих способов. Ранее, в 2010—2017 годах, на борту российского сегмента МКС был проведен цикл уникальных экспериментов на установке «Кулоновский кристалл». В ней электромагнит создавал специфическое неоднородное магнитное поле, где в невесомости могли формироваться структуры из диамагнитных частиц (так называют частицы, намагничивающиеся против направления прилагаемого к ним магнитного поля).

Схема экспериментальной установки с ловушкой «магнитная яма» для удержания биообъектов. Источник: Vladislav A Parfenov et al. / Biofabrication

Схема экспериментальной установки с ловушкой «магнитная яма» для удержания биообъектов. Источник: Vladislav A Parfenov et al. / Biofabrication

Сотрудники ОИВТ РАН тогда детально описали, как ведут себя мелкие заряженные частицы, помещенные в магнитное поле специальной формы в невесомости. Затем ученые создали математическую модель этого процесса на основе методов молекулярной динамики. Благодаря этим результатам стало понятно, как можно получать однородные и протяженные трехмерные структуры из тысяч элементов без каркасов и магнитных меток.

Все ранее существовавшие методики управления биопечатью с помощью магнитных полей имели ряд ограничений, связанных с гравитацией. Исследователи предлагают два способа решить эту проблему. Чтобы уменьшить влияние гравитационных сил, можно увеличить мощность магнитов, контролирующих магнитное поле, — ученые сделали это, использовав источники магнитного поля на гадолиниевой основе. Однако такой инженерный ход значительно усложняет и удорожает установку для печати, поэтому авторы предусмотрели и второй способ — уменьшить гравитацию, то есть выращивать ткани в невесомости, что, впрочем, тоже недешево.

Схематическое изображение ловушки «магнитная яма». Источник: Vladislav A Parfenov et al. / Biofabrication

Схематическое изображение ловушки «магнитная яма». Источник: Vladislav A Parfenov et al. / Biofabrication

Новый метод биопечати получил название «формативная трехмерная биофабрикация тканевых конструкций», он позволяет создавать трехмерные биологические структуры не послойно, а сразу со всех сторон. Он осуществляется программируемой самосборкой биологических тканей в условиях земного притяжения и в условиях микрогравитации посредством неоднородного магнитного поля, своего рода магнитной ловушки, в которой самособирающиеся объекты «висят» за счет магнитной левитации.

Биопринтеры на основе новой технологии смогут создавать различные биологические конструкции, которые можно будет использовать, например, для оценки неблагоприятного воздействия космической радиации на здоровье космонавтов при длительных космических миссиях. Также, по заявлению авторов, в перспективе эта технология сможет восстанавливать поврежденные ткани и органы.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы